TY - THES A1 - Ali, Mohammed Liaket T1 - Detailed numerical modeling of the iron ore direct reduction process T1 - Detaillierte numerische Modellierung des Direktreduktionsprozesses von Eisenerz N2 - The iron and steelmaking industry is among the largest contributors to global CO₂, driven by its energy-intensive processes and reliance on carbon-rich fuels. As steel demand rises in an increasingly competitive global market, innovative and sustainable production methods are urgently needed. The Direct Reduction (DR) process using syngas or hydrogen presents a promising approach to reducing CO₂ emissions and energy consumption in steel production. Computational modeling plays a crucial role in accelerating technology development, yet traditional models, such as the shrinking core model, fail to fully capture the complexities of the reduction process. More advanced models are necessary to simulate interactions between iron ore pellets and reducing gases and to scale effectively to industrial applications. To address these challenges, this dissertation introduces an improved porous solid model that overcomes biases in the shrinking core model, accurately representing the reduction of single iron ore pellets in H₂ and CO environments while accounting for carbon deposition and porosity changes. A comprehensive reduction mechanism is developed and validated against extensive experimental data without parameter adjustments, providing a solid foundation for advanced simulations. Besides the stand-alone kinetic model, a Computational Fluid Dynamics (CFD) solver has been developed, bringing the considerations to a spatially resolved environment, including pellet and gas phase regions. Building on the insights gained from single-pellet models, the research advances to the more complex modeling of fixed beds; a crucial step in bridging the gap between detailed small-scale studies and the case of industrial-sized reactors. A comprehensive methodology is developed, incorporating realistic packed-bed structures and high-quality computational meshes, for particle-resolved CFD simulations of the hydrogen-based direct reduction process in a fixed-bed setup. These simulations reveal crucial insights into the reduction process, such as the non-uniform reduction within the bed, the presence of gas pockets, and the impact of temperature variations due to the endothermic nature of hydrogen-based reduction. Finally, the study explores the influence of pellet sizes and shapes in the DR process via different reconstruction techniques, including computed tomography. By examining beds with various particle characteristics and structures, the research highlights the significant impact of these factors on reduction efficiency and overall conversion rates. This comprehensive modeling approach offers critical insights for optimizing the hydrogen-based direct reduction process, paving the way for its application in industrial-scale reactors. By addressing these research questions and providing innovative solutions, this dissertation contributes to the advancement of DR-technology, offering a path toward more sustainable steel production. N2 - Die Eisen- und Stahlindustrie gehört zu den größten Verursachern globaler CO₂-Emissionen, was auf ihre energieintensiven Prozesse und die Abhängigkeit von kohlenstoffreichen Brennstoffen zurückzuführen ist. Da die Nachfrage nach Stahl in einem ansonsten stark umkämpften globalen Markt weiter steigt, besteht ein dringender Bedarf an innovativen und nachhaltigen Produktionsmethoden. Das Direktreduktionsverfahren (DR) unter Verwendung von Synthesegas oder Wasserstoff bietet einen vielversprechenden Weg, um diese Herausforderungen zu bewältigen, indem es die CO₂-Emissionen senkt und den Energiebedarf in der Stahlproduktion reduziert. Die numerische Modellierung ist ein effizientes Werkzeug, um die Technologieentwicklung zu unterstützen und zu beschleunigen. Bestehende Modellierungsansätze, wie das Shrinking-Core-Modell, erfassen jedoch oft nicht die Komplexität des Reduktionsprozesses genau. Diese Einschränkungen verdeutlichen die Notwendigkeit fortschrittlicherer Modelle, die die komplexen Wechselwirkungen zwischen Eisenerzpellets und Reduktionsgasen besser simulieren und effektiv auf industrielle Anwendungen skalierbar sind. Um diese Probleme zu lösen, schlägt diese Dissertation zunächst ein verbessertes poröses Feststoffmodell vor, das die Schwächen des Shrinking-Core-Modells überwindet. Dieses Modell erfasst das Reduktionsverhalten einzelner Eisenerzpellets unter H₂- und CO-haltigen Gasen und berücksichtigt dabei die Auswirkungen von Kohlenstoffablagerungen und Porositätsveränderungen. Anschließend wird ein umfassender Reduktionsmechanismus entwickelt, der auf Grundlage eines großen experimentellen Datensatzes validiert wird, ohne dass eine Parameteranpassung erforderlich ist. Dies bietet eine robuste Grundlage für komplexere Simulationen. Neben dem eigenständigen kinetischen Modell wurde ein CFD-Solver (Computational Fluid Dynamics) entwickelt, der die Überlegungen auf eine räumlich aufgelöste Umgebung überträgt, einschließlich Pellet- und Gasphasen. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus den Einzelpelletmodellen geht die Forschung zur komplexeren Modellierung von Festbetten über, ein entscheidender Schritt, um die Kluft zwischen detaillierten Kleinstudien und industriellen Reaktoren zu überbrücken. Eine umfassende Methodik wird entwickelt, die realistische Festbettstrukturen und qualitativ hochwertige Berechnungsnetze für partikellösende CFD-Simulationen des wasserstoffbasierten Direktreduktionsprozesses in einem Festbettaufbau integriert. Diese Simulationen liefern wichtige Einblicke in den Reduktionsprozess, wie die ungleichmäßige Reduktion innerhalb des Bettes, das Vorhandensein von Gasblasen und den Einfluss von Temperaturvariationen aufgrund der endothermen Natur der wasserstoffbasierten Reduktion. Schließlich untersucht die Studie den Einfluss von Pelletgrößen und -formen im DR-Prozess durch verschiedene Rekonstruktionstechniken, einschließlich der Computertomographie. Durch die Untersuchung von Betten mit verschiedenen Partikeleigenschaften und Strukturen hebt die Forschung die erhebliche Auswirkung dieser Faktoren auf die Reduktionseffizienz und die Gesamtkonversionsraten hervor. Dieser umfassende Modellierungsansatz liefert wichtige Erkenntnisse zur Optimierung des wasserstoffbasierten Direktreduktionsverfahrens und ebnet den Weg für seine Anwendung in industriellen Großreaktoren. Indem diese Forschungsfragen bearbeitet und innovative Lösungen bereitgestellt werden, trägt diese Dissertation zur Weiterentwicklung der DR-Technologie bei und bietet einen Weg zu einer nachhaltigeren Stahlproduktion. KW - Kinetics KW - Kinetik KW - Stahlherstellung KW - Direktreduktion KW - Modellierung KW - CFD KW - Steelmaking KW - Direct Reduction KW - Modeling KW - Stahlherstellung KW - Numerische Strömungssimulation KW - Direkte Eisengewinnung KW - Modellierung Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-69695 ER - TY - JOUR A1 - Alimov, Artem A1 - Sviridov, Alexander A1 - Jensch, Felix A1 - Sydow, Benjamin A1 - Härtel, Sebastian T1 - Additive manufacturing of hot-forming dies using laser powder bed fusion and wire arc direct energy deposition technologies T1 - Additive Fertigung von Warmumformwerkzeugen unter Verwendung von Laser Powder Bed Fusion und Wire Arc Direct Energy Deposition Technologien N2 - Additive technologies are now widely used for the production of complex precise parts and have high potential for the production of forming dies. In this work, hot-forming dies optimized for additive manufacturing were developed and produced with wire arc direct energy deposition (WA-DED) and laser powder bed fusion (L-PBF) technologies. The concept of lightweight hot-forming dies with a 2D-lattice structure was developed, which reduced the weight of each die by 56%, from 14.2 kg to 6.1 kg, in production using L-PBF. Maraging/precipitation-hardened steel 17-4PH was used as an alternative to traditional hot-working steels with slightly lower mechanical properties and a much higher processability in the additive manufacturing process. The workability of the manufactured dies was confirmed by forging tests on an industrial screw press. N2 - Additive Technologien sind derzeit für die Herstellung komplexer, präziser Teile weit verbreitet und weisen ein hohes Potenzial für die Herstellung von Umformwerkzeugen auf. In dieser Arbeit wurden Warmumformwerkzeuge, die für die additive Fertigung optimiert sind, entwickelt und mit den Technologien WA-DED (Wire Arc Direct Energy Deposition) und L-PBF (Laser Powder Bed Fusion) hergestellt. Es wurde ein Konzept für Leichtbau-Warmumformwerkzeuge mit einer 2D-Gitterstruktur entwickelt, das das Gewicht jedes Werkzeugs bei der Produktion mit L-PBF um 56 % von 14,2 kg auf 6,1 kg reduzierte. Als Alternative zu konventionellen Warmarbeitsstählen wurde der martensitische/ausscheidungsgehärtete Stahl 17-4PH verwendet, der geringfügig niedrigere mechanische Eigenschaften und eine wesentlich bessere Verarbeitbarkeit im additiven Fertigungsprozess aufweist. Die Verwendbarkeit der hergestellten Gesenke wurde durch Schmiedeversuche auf einer industriellen Schraubspindelpresse nachgewiesen. KW - Additive manufacturing KW - Hot-forming dies KW - L-PBF KW - WA-DED KW - WAAM KW - Additive Fertigung KW - Warmumformwerkzeuge KW - L-PBF KW - WA-DED KW - WAAM KW - Warmumformen KW - Rapid Prototyping (Fertigung) KW - Selektives Laserschmelzen Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3390/met13111842 VL - 13 IS - 11 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - THES A1 - Allgöwer, Günther T1 - Bemessung von Stahlbetondruckgliedern unter zweiachsiger Biegung mit Interaktionsdiagrammen nach Theorie II. Ordnung N2 - Das Ergebnis der vorliegenden Arbeit sind grafische Bemessungshilfen in Form von Interaktionsdiagrammen für Stahlbetondruckglieder mit zweiachsiger Biegung. Bei der Anwendung der Diagramme wird die bisherige Einschränkung auf den ebenen Fall aufgehoben. Es stellt sich somit der ebene Fall lediglich als Sonderfall des räumlichen Zustandes dar. Grundlage für das verwendete Rechenverfahren nach Theorie II. Ordnung ist eine von der Ebene auf den Raum erweiterte Modellstütze. Diese virtuelle Kragstütze mit gleichen oder unterschiedlichen Ersatzlängen in den beiden Achsrichtungen dient als statisches System, an welchem alle Berechnungen durchgeführt werden. Es zeigte sich, dass die Verwendung der Betonarbeitslinie die ursprünglich nur für die Querschnittsbemessung vorgesehen ist, auch bei Anwendung in der Traglastberechnung zu einer guten Übereinstimmung zwischen rechnerischen und experimentellen Ergebnissen führt. Die Mitwirkung des Betons auf Zug zwischen den Rissen ("Tension-stiffening"-Effekt) sollte beim Tragfähigkeitsnachweis nicht angesetzt werden, da dadurch die Traglasten teilweise erheblich überschätzt werden. N2 - The result of this work are design charts in the form of interaction diagrams for reinforced concrete compression members with biaxial bending. In the usage of these diagrams the existing restriction to planar design is abolished. Consequently the planar case is merely a special case of the general spacial condition. The calculations according to the 2nd-order theory are based on a model column that is expanded from plane to space. It is principally a virtual cantilever column with equal or different buckling lengths in the two directions of the axes. All calculations are done at this static system. The calculated results evince a good accord with the experimental ones. Even when they are performed with the stress-strain-curve that is originally provided only for designing the cross section. At the verification of maximum load, the concurrence of concrete in tensile stress between the cracks ("tension-stiffening"-effect) should not be considered, because the calculated loads will be partially considerably overrated. T3 - Schriftenreihe Massivbau (ehemals) - 5 KW - Druckglied KW - Stahlbeton KW - Tragverhalten KW - Biegung KW - Bemessung KW - Stahlbeton KW - Druckglied KW - Bemessung Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000160 SN - 1436-9532 ER - TY - THES A1 - Alpirez Bock, Estuardo T1 - SCA resistent implementation of the Montgomery kP-algorithm N2 - Mathematically, cryptographic approaches are secure. This means that the time an attacker needs for finding the secret by brute forcing these approaches is about the time of the existence of our world. Practically, an algorithm implemented in hardware is a device that generates a lot of additional data during the calculation process. Its power consumption, electromagnetic radiation, etc. can be measured, saved and analysed for key extraction. Such attacks are called side channel analysis attacks and are significant threats when applying cryptographic algorithms. By considering these attacks when implementing a cryptographic algorithm, it is possible to design an implementation that is more resistant against them. The goal of this thesis was to design a methodology to securely implement the Montgomery kP-operation using an IHP implementation as a starting point. In addition, the area and energy consumption of the secure Montgomery kP-multiplier should still be highly efficient. The resistance against power analysis attacks of two different IHP ECC implementations was analysed in this thesis. A horizontal power analysis attack using the difference-of-means test was performed with the goal of finding potential leakage sources exploited in side channel analysis attacks, i.e. finding the reasons of a correct extraction of the cryptographic key. For both analysed ECC designs, four key candidates were extracted with a correctness of 90% or more. Through analysis of the implemented Montgomery kP-algorithm’s functionality and its power consumption, it was established that the algorithm’s operation execution flow was the main cause of the implementations’ vulnerability. Thus, a design methodology consisting in changing the Montgomery kP-algorithm operation flow was developed. As a result, the re-designed implementations do not deliver any correctly extracted key candidates whenever the difference-of-means test is performed on them. These re-designs implied an increase on the chip area by about 5% for each implementation. The execution time needed for performing a complete kP-operation was reduced for both designs. Thereby one implementation’s execution time was reduced by 12% in comparison to its original version and even though its power consumption was increased by 9%, its energy consumption per kP-operation was reduced by 4.5%. N2 - Standardisierte kryptographische Algorithmen sind aus mathematischer Sicht sicher. Dies bedeutet, dass ein Brute-Force-Angriff zur Bestimmung des geheimen Schlüssels einen Zeitaufwand von der Dauer der Existenz unserer Welt hat. In Hardware implementierte Algorithmen generieren aber während des Berechnungsvorganges eine große Menge zusätzlicher Daten. U.a. können der Energieverbrauch des Gerätes sowie seine elektromagnetische Strahlung gemessen, gespeichert und analysiert werden, um den privaten Schlüssel zu extrahieren. Solche Angriffe werden Seitenkanalangriffe genannt und sind erhebliche Bedrohungen für die Sicherheit kryptographischer Algorithmen. Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, eine Methodik zur Implementierung der Montgomery kP-Operation zu entwickeln, welche Resistenz gegen Seitenkanalangriffe lieferte. Dabei wurde eine IHP Implementierung als Ausgangspunkt benutzt. Zusätzlich sollten die Fläche und der Energieverbrauch der sicheren Montgomery kP-Multiplizierer hoch effizient sein. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde die Resistenz gegen Seitenkanalangriffe zweier unterschiedlicher IHP ECC Implementierungen analysiert. Ein Power-Analysis-Angriff wurde anhand des difference-of-means Testes (DoMT) durchgeführt, um mögliche Sicherheitslücken im Bezug auf Seitenkanalangriffe zu finden, d. h. um die Gründe einer erfolgreichen Schlüssel-Extrahierung festzustellen. Für beide Implementierungen wurden vier Schlüsselkandidaten mit einer Korrektheit von mindestens 90% extrahiert. Nach Analyse der Funktionalität des implementierten Montgomery kP-Algorithmus und seines Momentanleistungsverbrauchs wurde festgestellt, dass die Ausführungseihenfolge der Operationen des Algorithmus die Hauptursache des erfolgreichen Angriffes war. Hierauf aufbauend ist eine neue Methodik zur Implementierung des Montgomery kP-Algorithmus entwickelt worden. Diese Methodik basiert auf einer neuen Ausführungsreihenfolge der einzelnen Operationen im Algorithmus. Nach diesen Änderungen konnten mit dem DoMT keine Schlüssel mehr erfolgreich extrahiert werden. Die Änderungen verursachten eine Erhöhung der Implementierungsflächen um ca. 5%. Die Ausführungszeit einer kompletten kP-Operation ist für beide Implementierungen reduziert worden. Dabei wurde die Ausführungszeit z. B. einer Implementierung im Vergleich zur originalen Version um 12% reduziert und obwohl ihre durchschnittliche Leistung um 9% erhöht wurde, ist ihr Energieverbrauch pro kP-Operation um 4,5% reduziert worden. KW - Side channel analysis KW - Elliptic curve cryptography KW - Power analysis KW - Difference-of-means test KW - Elliptic curve point multiplication KW - Elliptische Kurve KW - Kryptologie Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36288 ER - TY - THES A1 - Alsabbagh, Wael T1 - Investigating security issues in programmable logic controllers and related protocols T1 - Untersuchung von IT-Sicherheitsproblemen in Speicherprogrammierbaren Steuerungen und dazugehörigen Protokollen N2 - Programmable Logic Controllers (PLCs) are pivotal in Critical Infrastructures (CIs) and Industrial Control Systems (ICSs), governing processes in nuclear power plants, petrochemical factories, and water treatment systems. Despite their importance, PLCs are vulnerable to security threats, notably control logic injection attacks, aiming to sabotage physical processes. This thesis delves into PLC security, analyzing vulnerabilities in non-cryptographically and cryptographically protected PLCs, particularly Siemens S7-300 and S7-1500 models. Siemens, an automation market leader, utilizes S7-300 PLCs in millions of applications, reflecting the broader ICS security landscape. The S7-1500 line claims resistance to cyberattacks, including control logic injections. The thesis evaluates authentication in non-cryptographically protected PLCs, introducing a stealthy control logic injection attack scenario using an S7-300 PLC and S7Comm protocol. The second part explores integrity checks in cryptographically protected S7-1500 PLCs. Findings, encompassing disclosed vulnerabilities, lead to a severe control logic injection attack with a malicious interrupt block, conducted in an industrial setting using the S7-1500 and S7CommPlus protocol. The final segment focuses on Profinet protocol security and an injection attack scenario. The study demonstrates adversaries manipulating critical data without prior knowledge, causing harm to physical processes. A real-world attack on a Profinet-based system with two S7-300 PLCs is executed. The thesis concludes by proposing mitigation solutions, enhancing PLC and communication protocol security. This contribution elevates the security posture of millions of operating devices globally, advancing PLC security research. N2 - Die Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPSen) sind entscheidend für kritische Infrastrukturen (KIen) und Industrielle Kontrollsysteme (IKSen). Ihre Steuerlogik regelt Prozesse in Kernkraftwerken, petrochemischen Fabriken und Wasseraufbereitungsanlagen. Leider sind sie anfällig für bösartige Bedrohungen, insbesondere Control Logic Injection-Angriffe, die katastrophale Schäden verursachen können. Die Arbeit adressiert Sicherheitsprobleme und Schwachstellen in SPSen und ihren Protokollen, die solche Angriffe ermöglichen. Der Fokus liegt auf der Analyse der Sicherheit von nicht kryptografisch und kryptografisch geschützten SPSen, insbesondere auf den Schutzmechanismen der Steuerlogik. Siemens-Geräte, vor allem S7-300 und S7-1500, werden für Experimente genutzt, da Siemens Marktführer ist und fortschrittliche Sicherheitsmechanismen in der S7-1500 behauptet. Der erste Teil analysiert die Authentifizierung nicht kryptografisch geschützter SPSen, inklusive eines Stealth-Logikinjektionsangriffs mit einer S7-300 und S7Comm in realer Industrieumgebung. Im zweiten Teil wird der Integritätscheck kryptografisch geschützter SPSen (S7-1500) untersucht, inklusive eines schwerwiegenden Logikinjektionsangriffs mit S7-1500 und S7CommPlus. Der letzte Teil fokussiert auf die Profinet-Kommunikation zwischen SPSen und anderen Geräten. Ein Angriffsszenario zeigt, dass Angreifer ohne Vorkenntnisse kritische Daten manipulieren können. Ein Angriff auf ein Profinet-System mit zwei S7-300 SPSen veranschaulicht die Realität. Die Arbeit schließt mit Lösungsvorschlägen zur Erhöhung der Sicherheit von SPSen und deren Kommunikationsprotokollen. Diese Ergebnisse tragen signifikant zur Forschung im Bereich der SPS-Sicherheit bei und verbessern die Sicherheit von Millionen von Industriegeräten weltweit. KW - Programmable logic controllers KW - Control logic injection KW - Cyberattacks KW - Cybersecurity KW - False data injection KW - Speicherprogrammierbare Steuerungen KW - Control Logic Injection-Angriffe KW - Cyberangriffe KW - Cybersischerheit KW - False Data Injection-Angriffe KW - Kritische Infrastruktur KW - Kontrollsystem KW - Speicherprogrammierte Steuerung KW - SIMATIC S7-300 KW - SIMATIC S7-1500 KW - Computersicherheit KW - Cyberattacke Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-66114 ER - TY - THES A1 - Alzoobi, Abed T1 - Objektorientierte Modellierung der Kosten in Hochbauprojekten N2 - In dieser Arbeit werden Ansätze zur Softwareentwicklung auf Objektorientierter Basis im Bereich der Kosten in Hochbauprojekten beschrieben. Die Konzepte der Objektorientierten Technologie zur Softwareentwicklung werden in dieser Arbeit umfassend eingesetzt. Zur Modellierung des Systems wird die Unified Modeling Language (UML) eingesetzt. Die bedeutenden Gesichtspunkte dieser Modellierung sind die Entwicklung des Objektmodells in der Analysephase und deren Verfeinerung in der Entwurfsphase. Dieses Objektmodell bildet die Basis bei der Softwareentwicklung im bereich der Kosten in Hochbauprojekten. Im Rahmen dieser Modellierung werden auch die Aspekte der Soft- und Hardwareverteilung spezifiziert. Ferner werden Konzepte zur Implementierung der Ergebnisse der Modellierung erläutert. Hier wird das Objektmodell des Systems in die Programmiersprache Java übersetzt. N2 - This work describes the approaches to software development on an object oriented basis for cost in structural engineering projects. The concepts for object oriented technology for software development will be used extensively. The modeling of the system is in the Unified Modeling Language (UML). The significant points in this modeling are the development of the object model in the analysis phase as well as its refinement in the design phase. This object model establishes the basis for software development pertaining to costs for structural engineering projects. In the context of this modeling, aspects of software and hardware distribution are specified. Moreover, concepts about the implementation of the results of the modeling are discussed. The object model is translated into the Java programme-language. KW - Hochbau KW - Bauvorhaben KW - Baukosten KW - Softwareentwicklung KW - Vorgehensmodell KW - UML KW - Objektorientierte Modellierung KW - Kosten KW - Hochbauprojekt Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000460 ER - TY - THES A1 - Amanpour, Saman T1 - A cellular approach to optimize the integration of renewable generation into distribution networks T1 - Ein zellularer Ansatz zur Optimierung der Integration regenerativer Erzeugungen in Verteilnetzen N2 - The steady growth of the renewable-based technologies in the last twenty years has changed the character of the power systems significantly. Until today, there are more than 112 GW installed photovoltaic and wind parks in Germany and around 90% of the installed renewable generators are integrated into distribution networks. As a result, distribution networks are often facing congestion problems and more investments are needed for the required network development plans. The political decisions in Germany for increasing the share of renewables in electricity consumption up to 65% until 2030 and the nuclear phase out until 2022 and further shutdowns of the coal power plants raised serious concerns about the reliability of power supply and feasibility of the transition plan. The present dissertation has a look over the recent developments and offers a methodology for reduction of the resulted costs from further integration of renewable generators into the distribution networks. The suggested methodology is based on a cellular approach and helps also to postpone the unnecessary costly network expansions. Furthermore, it helps to integrate the renewable generators in an optimized way which has an added value to move towards the defined sustainability goals. The proposed methodology has two steps. The first step is made up of the cellular approach and grey wolf optimization in MATLAB environment. In this step, the optimal combination of technologies for fulfillment of the defined goals are found out. The second step consists of the quasi dynamic simulations in PowerFactory environment. In this step, the suggested results from MATLAB optimization are investigated in semi-real situations. With the quasidynamic simulations, it is checked whether the results are tolerable from the point of view of network operation and whether it is possible to facilitate the network operation with certain strategies. N2 - Das stetige Wachstum der auf erneuerbaren Energien basierenden Technologien in den letzten zwanzig Jahren hat den Charakter der Stromsysteme erheblich verändert. Bis heute sind in Deutschland mehr als 112 GW an Photovoltaik- und Windkraftanlagen installiert und rund 90% der installierten erneuerbaren Erzeugungsanlagen sind in die Verteilnetze integriert. Infolgedessen sind die Verteilnetze häufig mit Netzengpässen konfrontiert und es sind mehr Investitionen für die erforderlichen Netzausbaupläne nötig. Die politischen Entscheidungen in Deutschland, den Anteil der erneuerbaren Energien am Stromverbrauch bis 2030 auf 65 % zu erhöhen, den Ausstieg aus der Kernenergie bis 2022 zu vollziehen und weitere Kohlekraftwerke abzuschalten, gaben Anlass zu ernsthaften Bedenken hinsichtlich der Sicherheit der Stromversorgung und der Realisierbarkeit des Übergangsplans der deutschen Energiewende. Die vorliegende Dissertation wirft einen Blick auf die jüngsten Entwicklungen der Stromnetze und bietet eine Methodik zur Reduzierung der Kosten, die durch die weitere Integration erneuerbarer Erzeugungsanlagen in die Verteilnetze entstehen. Die vorgeschlagene Methodik basiert auf einem zellularen Ansatz und verschiebt den unnötigen kostspieligen Ausbau der Stromnetze in die Zukunft. Darüber hinaus hilft sie, die erneuerbaren Erzeugungsanlagen auf eine optimierte Weise in die Stromnetze zu integrieren, was einen Mehrwert für die Erreichung der definierten Nachhaltigkeitsziele darstellt. Die vorgeschlagene Methodik in dieser Dissertation besteht aus zwei Schritten. Der erste Schritt besteht aus dem zellulären Ansatz und der Grey Wolf Optimierung in der MATLAB-Umgebung. In diesem Schritt wird die optimale Kombination von der auf erneuerbaren Energien basierenden Technologien zur Erfüllung der definierten Ziele ermittelt. Der zweite Schritt besteht aus den quasi-dynamischen Simulationen in der PowerFactory-Umgebung. In diesem Schritt werden die vorgeschlagenen Ergebnisse aus der MATLAB-Optimierung in semi-realen Situationen untersucht. Mit der quasi-dynamischen Simulationen wird überprüft, ob die Ergebnisse aus Sicht des Netzbetriebs tolerierbar sind und ob man mit bestimmten Strategien den Netzbetrieb erleichtern kann. KW - Cellular approach KW - Optimization KW - Renewable energy KW - Generation KW - Distribution networks KW - Zellularer Ansatz KW - Optimierung KW - Erneuerbare Energien KW - Erzeugung KW - Verteilnetze KW - Verteilungsnetz KW - Erneuerbare Energien KW - Elektrizitätserzeugung KW - Übertragungsnetz KW - Netzstabilität (Elektrische Energietechnik) Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59009 ER - TY - THES A1 - Ampadu, Kwame Owusu T1 - Road traffic gesture autonomous integrity monitoring T1 - Autonome Integritätsüberwachung von Handzeichen im Straßenverkehr N2 - Sensor enabled smart vehicles are predicted to succeed beyond human capabilities, thereby eliminating handling errors intrinsic to human driving. Driverless vehicles must be capable of detecting and responding to exaggerated ad hoc bodily movements that humans use to maintain road traffic safety. These nonverbal communication cues may be used to ease traffic flow, control infotainment systems or restore minimal risk conditions. The integration of sensor fusion techniques and high-quality benchmark datasets coupled to high throughput general purpose graphics processing units is spawning complex heavyweight algorithms useful for traffic scene understanding. These advanced methods are expensive in terms of costs related to hardware, software and energy consumption. Yet, the autonomous vehicle lacks the ability to participate in gestural exchanges. Following extensive evaluations of recent technological advancements in gesture detection and recognition in dynamic traffic environments, a new communication technology has been created for interaction between autonomous and traditional vehicles at unsignalized four-way intersections. This system operates without relying on most conventional navigation sensors and algorithms, allowing autonomous vehicles to communicate with traditional vehicles at intersections through in-vehicle traffic lights that utilize fuzzy logic. The algorithm implemented on low-cost microcontrollers can disperse road traffic and also perform extended blind spot detection. A single sensor is utilized, which remains largely unaffected by adverse weather conditions. The system requires no internet connectivity. It also avoids the need for large scale or long-term data storage, such as the driving cloud platform, ensuring backward compatibility with traditional vehicles. Simulations were conducted based on the order and direction of arrival at three junctions. Results have shown that autonomous vehicles at four-legged intersections, can now communicate with human drivers at a much lower cost achieving precise location classification and lane dispersion in under 30 seconds. This pioneering innovation presents an opportunity to turn every four-way intersection into a signalized junction at zero cost to governments. N2 - Es wird prognostiziert, dass intelligente Fahrzeuge, die mit Sensoren ausgestattet sind, über die menschlichen Fähigkeiten hinausgehen und dadurch die dem menschlichen Fahren innewohnenden Bedienungsfehler beseitigen. Fahrerlose Fahrzeuge müssen in der Lage sein, übertriebene Ad-hoc-Körperbewegungen, die Menschen zur Aufrechterhaltung der Sicherheit im Straßenverkehr einsetzen, zu erkennen und darauf zu reagieren. Diese nonverbalen Kommunikationshinweise können genutzt werden, um den Verkehrsfluss zu erleichtern, Infotainmentsysteme zu steuern oder den Zustand des minimalen Risikos wiederherzustellen. Die Integration von Sensorfusionstechniken und qualitativ hochwertigen Benchmark-Datensätzen in Verbindung mit Hochleistungs-Grafikprozessoren bringt komplexe, schwergewichtige Algorithmen hervor, die für das Verständnis von Verkehrsszenen nützlich sind. Diese fortschrittlichen Methoden sind teuer in Bezug auf die Kosten für Hardware, Software und Energieverbrauch. Dem autonomen Fahrzeug fehlt jedoch die Fähigkeit, sich am Austausch von Gesten zu beteiligen. Nach einer umfassenden Bewertung der jüngsten technologischen Fortschritte bei der Gestenerkennung in dynamischen Verkehrsumgebungen wurde eine neue Kommunikationstechnologie für die Interaktion zwischen autonomen und herkömmlichen Fahrzeugen an unsignalisierten Kreuzungen mit vier Richtungen entwickelt. Dieses System kommt ohne die meisten herkömmlichen Navigationssensoren und -algorithmen aus und ermöglicht autonomen Fahrzeugen die Kommunikation mit herkömmlichen Fahrzeugen an Kreuzungen durch bordeigene Ampeln, die mit Fuzzy-Logik arbeiten. Der auf kostengünstigen Mikrocontrollern implementierte Algorithmus kann den Straßenverkehr aufteilen und auch eine erweiterte Erkennung des toten Winkels durchführen. Es wird ein einziger Sensor verwendet, der von widrigen Wetterbedingungen weitgehend unbeeinflusst bleibt. Das System benötigt keine Internetverbindung. Außerdem ist keine groß angelegte oder langfristige Datenspeicherung erforderlich, wie z. B. bei der Driving Cloud Platform, so dass die Abwärtskompatibilität mit herkömmlichen Fahrzeugen gewährleistet ist. Die Simulationen wurden auf der Grundlage der Reihenfolge und Richtung der Ankunft an drei Kreuzungen durchgeführt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass autonome Fahrzeuge an vierspurigen Kreuzungen jetzt mit viel geringeren Kosten mit menschlichen Fahrern kommunizieren können, indem sie in weniger als 30 Sekunden eine präzise Standortbestimmung und Fahrspuraufteilung vornehmen. Diese bahnbrechende Innovation bietet die Möglichkeit, jede vierspurige Kreuzung in eine signalisierte Kreuzung umzuwandeln, und zwar zum Nulltarif für die Behörden. KW - Advanced Driver Assistance System (ADAS) KW - Autonomous vehicle KW - Fuzzy logic KW - Gesture recognition KW - In-vehicle traffic light KW - Fahrerassistenzsystem KW - Autonomes Fahrzeug KW - Fuzzy-Logik KW - Gestenerkennung KW - Fahrzeugintegrierte Ampel KW - Autonomes Fahrzeug KW - Fahrerassistenzsystem KW - Gestenerkennung KW - Fuzzy-Logik Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-72226 ER - TY - THES A1 - An, Ni T1 - Statistical analysis of extreme climate events in Brandenburg T1 - Statistische Analyse der extremen Klimafälle in Brandenburg N2 - The main idea of this paper is to evaluate the performance of the fine resolution CLM model in the state of Brandenburg Germany, create a bias correction method and reanalyze the climate signals of the corrected simulations on projections of the 21st century. The bias correction method is a distribution oriented method and the analysis is mainly focused on the extreme events such as 95 and 5 percentile daily temperatures and 95 percentile daily precipitations in a period of 30 years, but also includes seasonal temperature, daily temperature difference and monthly precipitation to demonstrate the effectiveness of the correction method. The results showed that the correction method was very effective on different variables. After correction, the extreme daily temperature bias was reduced from a cold bias of 1-2K to less than 0.1K. The corrected projection simulations suggested that the extreme temperatures were about to increase both in intensity and in frequency. The extreme precipitation after correction was meant to become more severe and frequent as well. N2 - Das Ziel dieser Arbeit liegt darin, die Leistungsfähigkeit der Feinauflösung CLM-Modell im Land Brandenburg, Deutschland, auszuwerten, indem man ein Bias-Korrekturverfahren erstellt und die Klimasignale der korrigierten Simulationen auf Projektionen des 21. Jahrhunderts erneut analysiert. Das Bias-Korrekturverfahren ist ein Distribution-orientiertes Verfahren. Die Analyse konzentriert sich in erster Linie auf die Extremereignisse wie 95 und 5 Perzentil Tagestemperaturen und 95-Perzentil täglicher Niederschläge in einem Zeitraum von 30 Jahren und umfasst auch saisonale Temperatur, tägliche Temperaturdifferenz und monatliche Ausfällung, um die Effektivität des Korrekturverfahrens zu demonstrieren. Die Ergebnisse zeigten, dass das Korrekturverfahren sehr effektiv war und für verschiedene Variablen geeignet ist. Nach der Korrektur wurde der extreme Tagestemperatur Bias von einer kalten Vorspannung mit Genauigkeit von 1-2K auf weniger als 0,1 K verringert. Die korrigierten Projektionssimulationen zeigen, dass die extremen Temperaturen im Begriff sind, sich sowohl in der Intensität und in der Frequenz zu erhöhen. Das bedeutet, dass nach der Korrektur die extremen Niederschläge heftiger und häufiger werden. KW - Bias correction KW - Climate simulation KW - CLM model evaluation KW - Climate signal analysis KW - Bias Korrektur KW - Klima Simulation KW - CLM Modell Auswertung KW - Klima Signal Analyse KW - Brandenburg KW - Klima KW - Modell KW - Statistische Analyse KW - Simulation Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36117 ER - TY - THES A1 - Andolfo, Franco T1 - Energieeffizientes Nährstoffsplitting von flüssigen Wirtschaftsdüngern mittels Membranfiltration T1 - Energy efficient nutrient splitting of liquid farm fertilizers by means of Membrane filtration N2 - Die definierte Selektivität der Membranfiltration kann dazu genutzt werden, einzelne spezifische Gülle-Separationsprobleme in übergeordneten Aufbereitungsklassen zusammenzufassen. Mit dem Ansatz einer gesteuerten Nährstofftrennung bzw. Teilzusammenführung von modifizierten Strömen, und der Zuordnung von spezifischen Aufgaben an die Mischprodukte, werden die Nachteile des Ausgangsrohstoffs reduziert und der Wertstoff Gülle rückstandsfrei nutzbar gemacht. Mit einem Anlagenmodell, bestehend aus einer Hydrotankpresse als Vorfiltration und einer Ultrafiltration als Kernkomponenten, ist es über empirisch ermittelte Betriebsparameter möglich, einen energetisch optimierten und kontinuierlichen Produktionsbetrieb durchzuführen. Als Produkte der dezentralen Aufbereitungsanlage werden ein emissionsreduzierender Flüssigdünger, eine als Brennstoff und als Gärsubstrat geeignete Feststoffphase, sowie das Retentat als aktivierendes Material zur Biogasertragssteigerung gewonnen. Das untersuchte Anlagenmodell ist auf den innerbetrieblichen Einsatz in Milchviehhaltungsbetrieben abgestimmt. Mit der Erarbeitung von stabilen und energetisch günstigen Anlagenbetriebspunkten wird das Anlagenverhalten hydraulisch steuerbar. Durch die Zuordnung von Anlagenzuständen zu differenziertem Spülverhalten, wird die direkte Einflussnahme der Temperatur auf den Permeat-Flux erkennbar. Der Einsatz eines Tauchkühlers, mit voreingestellten Grenztemperaturen, stabilisiert signifikant das Anlagenverhalten im Vergleich zu konventionellen Anlagenkonfigurationen. Die Anwendung einer Hydropresse gestattet höhere TDS-Belastungen im UF-Kreislauf, bietet aber kein Potenzial zur Steigerung der Nährstoffdurchsätze. Dies gilt auch für den Einsatz einer 300 kDa-Variante, im Vergleich zur priorisierten 150 kDa-UF-Membran. Mit der Hydropresse kann eine höhere Feststoffabscheidung wie mit Verstopfungs- bzw. Siebfiltrationen erreicht werden, die TDS-Belastungen sind im Retentat auf 5.000 - 7.000 ppm limitiert, oder müssen durch Verdünnung auf diese Werte eingegrenzt werden. Mit der zusätzlichen Anwendung einer Gasspülung in der Anströmung der UF-Module, können TDS-Belastungen über 10.000 ppm erstmals dauerhaft bewältigt werden. Über die so erweiterte Verfahrenstechnik sind Standzeiten von mehreren Wochen, ohne betrieblich bedingte Unterbrechungen, möglich. Die durch Fluoreszenzmikroskopie nachweisbare Anreicherung von Methanbildnern im Retentat, bestätigt eine mögliche Anwendung des Retentats als Biogassubstratergänzung. Der Biogasertrag wird durch Zusatz von Retentat zu den bisher verfügbaren Substraten generell erhöht. Eine Mischung aus Retentat und dem Feststoff aus der Hydropresse unterstützen die biochemische Stabilisierung in Fermentern. In Kombination mit Anteilen an Feststoff ist das Permeat bei der Bewertung von pflanzenbaulichen Erträgen, als konkurrenzfähig zu Rohgülle und Mineralstoffdünger einzustufen. Das auf landwirtschaftliche Flächen ausgebrachte Permeat ist geruchslos. N2 - The predefined selectivity of Membrane filtration can be used for the junction of manure separating problems in higher-ranking conditioning categories. In particular ambition of controlled Nutrient separation and part-junction of modified flows it is possible to assign specific tasks to conversion products. The disadvantages of the raw material will be reduced and the resource manure can be used residue-free. By means of a plant model, consisting of the core components, a Hydraulic tank press and a multichannel Ultrafiltration, it is possible to perform an energy efficient and uninterrupted line operation with empirical determined operating parameters. The products of the peripheral process plant are an emission reducing Liquid fertilizer, a Solid matter phase which is suitable as fossil burning fuel as well as Fermentation substrate and a Retentate, as activating material to increase the biogas yield. The tested plant model matches an intra-farm use in dairy farming corporations. With the development of stable and energy efficient operating parameters the bearing of the plant becomes hydraulic controllable. Due to the assignment of plant states to distinguished flushing cycles, the direct interference of the temperature on the Permeate-Flux becomes visible for the first time. An installed immersion chiller with predefined boundary temperatures stabilises significantly the bearing of the plant in comparison to conventional plant configurations. With application of a Hydraulic tank press higher TDS-loads in the Ultrafiltration cycle will be granted, but the Nutrient flow ratings cannot be increased. This applies also to the use of a 300 kDa model instead of the 150 kDa Ultrafiltration membrane. With the help of the Hydraulic tank press a higher rate of solid matter deposition will be achieved in comparison to bridging and sieve filtration systems. But the TDS-loads are still limited to values of 5.000 - 7.000 ppm, otherwise a dilution of the Retentate has to be executed to fullfill these values. With an additional use of a Gas flushing system in the upstream flow of the Ultrafiltration module, with an direct impact on the membrane surface layer, TDS-loads higher 10.000 ppm can be handled. Operating life cycles of several weeks without any break are now possible with the so extended Process technology. A concentration of Methane forming bacterias in the Retentate can be detected with the help of Fluorescence microscopy and confirmes the positive effect of the Retentate as additive of substrates. The yield of biogas increases in general with the addition of Retentate to any conventional used substrate. The mixing of Retentate and solid matter out of the Hydraulic tank press supports the biochemical stabilisation in Biogas fermenters. The Permeate in combination with portions of solid matter is competitive to raw manure and mineral nutrient fertilizers, in the evaluation of crop farming yields. The manuring with Permeate is inodorous. KW - Nährstoffsplitting KW - Nutrient splitting KW - Membranfiltration KW - Membrane filtration KW - Wirtschaftsdünger KW - Farm fertilizer KW - Klimaschutz KW - Climate protection KW - Umweltschutz KW - Environment protection KW - Membranfilter KW - Wirtschaftsdünger KW - Technikumsanlage KW - Klimaschutz Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42805 ER - TY - THES A1 - Andreeßen, Lena M. T1 - Towards real-world applicability of neuroadaptive technologies : investigating subject-independence, task-independence and versatility of passive brain-computer interfaces T1 - Über die praktische Anwendbarkeit von neuroadaptiven Technologien : Untersuchungen zur Subjektunabhängigkeit, Aufgabenunabhängigkeit und Vielseitigkeit von passiven Gehirn-Computer-Schnittstellen N2 - Brain-computer interfacing (BCI) is a relatively new field of study that involves engineering, neuroscience, psychology, and physiology. A BCI is a system that allows direct communication between the brain and the environment, using signals from electroencephalography (EEG) to identify a user's intentions and mental states. This can be used for human-machine interaction (HMI) to adapt software or control a device. Particularly passive BCIs are the most promising for the general population, as they can detect and interpret a user's mental state without requiring their attention. This can enable neuroadaptive technology (NAT), which allows a machine to learn over time how the user perceives and interprets the world. However, there are still obstacles to be overcome before BCI technology can be applied in real-world situations for NAT. In this work I firstly address the issue of subject dependence in training data collection for classifier calibration, which can be time-consuming and impractical. I investigated the training of a subject-independent predictive model that is trained on a group of other users' data and applied to online-testing data of a new person. This was done in the context of training an automatic classifier for error detection and correction. Results showed that a classifier model can be trained without user-specific calibration and with high accuracy. The number of electrodes used in training the model was also reduced. Further it was validated that the trained classifier models were based on cortical sources and not other modalities. In a second study I address the issue of task-dependence. To that end I tested the application of a potentially task-independent calibration paradigm for mental workload assessment in a new task. This new task was a speed reading context, where subjects read texts of varying difficulty and speed. The study found that the mental workload prediction model was accurate in classifying mental workload in different reading tasks, indicating that it can be used as a task-independent classifier for mental workload. In a third study I examine if it is possible to measure neural correlates of human moral assessment using a passive BCI on a single-trial basis. A calibration paradigm was developed using pictures that were ranked as morally unacceptable and morally neutral. However, the results showed low classification accuracies and it was not possible to reliably distinguish between a user's subjective moral evaluations on a single-trial basis using current classification approaches. The results presented in this thesis provide solutions towards real-world applicability of NAT enabled by passive BCIs, as examples of a subject-independent and a task-independent classifier are demonstrated and discussed. Further, approaches for increased versatility of passive BCI technology are presented, that could make passive BCIs more feasible for use in future real-world human-machine interaction settings. N2 - Ein Brain-Computer Interface (BCI) ermöglicht eine direkte Kommunikation zwischen dem Gehirn und der Umwelt. Dies kann für die Mensch-Maschine-Interaktion (HMI) genutzt werden, um Software anzupassen oder ein Gerät zu steuern. Vor allem passive BCIs sind vielversprechend, da sie mentale Zustände von Nutzern erkennen und interpretieren können, ohne deren Aufmerksamkeit zu erfordern. Dies kann für die neuroadaptive Technologie (NAT) genutzt werden, welche es Maschinen erlaubt, zu lernen, wie ein Nutzer die Welt wahrnimmt und interpretiert. Allerdings gibt es Hindernisse, die überwunden werden müssen, bevor die BCI-Technologie in realen Situationen für NAT eingesetzt werden kann. In dieser Arbeit befasste ich mich zunächst mit dem Problem der Subjektabhängigkeit beim Erheben von Trainingsdaten für die Kalibrierung von Klassifikatoren, die meist zeitaufwändig und unpraktisch ist. Ich untersuchte ein subjektunabhängiges Vorhersagemodell zur automatischen Klassifikation von Fehlerwahrnehmung, das auf einer Gruppe von Daten anderer Nutzer trainiert und auf die Online-Testdaten einer neuen Person angewendet wird. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Klassifikatormodell ohne benutzerspezifische Kalibrierung und mit hoher Treffgenauigkeit trainiert werden kann. Auch die Anzahl der für das Training des Modells verwendeten Elektroden wurde reduziert, sowie validiert, dass die trainierten Klassifikatormodelle auf kortikalen Quellen basierten. In einer zweiten Studie testete ich die Anwendung eines potenziell aufgabenunabhängigen Kalibrierungsparadigmas zur Messung von mentaler Arbeitsbelastung in einer neuen Aufgabe - einer Schnellleseaufgabe, bei der die Probanden Texte mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad und Geschwindigkeit lasen. Die Studie ergab, dass das Modell zur Vorhersage der mentalen Arbeitsbelastung bei verschiedenen Leseaufgaben genau klassifizieren konnte, was darauf hindeutet, dass es als aufgabenunabhängiger Klassifikator verwendet werden kann. In einer dritten Studie habe ich untersucht, ob es möglich ist, neuronale Korrelate der menschlichen moralischen Bewertung durch passive BCIs auf Einzeldurchgangsbasis zu messen. Ein Kalibrierungsparadigma wurde mit Bildern entwickelt, die als moralisch inakzeptabel und moralisch neutral eingestuft wurden. Die Ergebnisse zeigten jedoch eine geringe Klassifizierungsgenauigkeit und es war nicht möglich zwischen den subjektiven moralischen Einschätzungen eines Nutzers auf Einzeldurchgangsbasis mithilfe von derzeitigen Klassifizierungsansätzen zuverlässig zu unterscheiden. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse bieten Lösungen für die praktische Anwendbarkeit von NAT durch passive BCIs, da Beispiele für einen subjektunabhängigen und einen aufgabenunabhängigen Klassifikator demonstriert und diskutiert werden. Darüber hinaus werden Ansätze für eine größere Vielseitigkeit von passiven BCIs vorgestellt, die deren Einsatz in zukünftiger HMI erleichtern könnten. KW - Passive brain-computer interfaces KW - Mental state assessment KW - Neuroadaptive technology KW - Human-machine interaction KW - Electroencephalography KW - Passive Gehirn-Computer-Schnittstellen KW - Neuroadaptive Technologie KW - Mensch-Maschine-Interaktion KW - Elektroenzephalographie KW - Erfassung mentaler Zustände KW - Elektroencephalographie KW - Hirnfunktion KW - Mensch-Maschine-Interaktion KW - Gehirn-Computer-Schnittstelle Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-66521 ER - TY - THES A1 - Andrei, Andreea Cristina T1 - Untersuchung und Optimierung robuster und hochlinearer rauscharmer Verstärker in GaN-Technologie T1 - Analysis and optimization of rugged and high linear low-noise amplifier N2 - Die nächste Generation von integrierten Sende- und Empfangsystemen erfordert sowohl robuste rauscharme Verstärker als auch Leistungsverstärker auf einem einzelnen Chip. Die GaN-HEMT-Technologie hat bisher gezeigt, dass sie durch ihre hohen Durchbruchspannungen, die hohe Elektronenbeweglichkeit und die niedrige Rauschzahl ein guter Kandidat für die Realisierung solcher Systeme ist. Diese Arbeit beschäftigt sich mit hochlinearen und robusten rauscharmen Verstärkern, welche in Sender-Empfänger-Systeme integriert werden können. Zuerst wird der GaN HEMT charakterisiert. Die Eigenschaften von Transistoren werden während des Burn-in Prozesses und gepulster Anregung mit hoher Überlast am Eingang analysiert. Damit werden die Grundlagen für das Verständnis des Verhaltens eines Verstärkers während und nach der Übersteuerung am Eingang gelegt. Der Hauptteil dieser Arbeit zeigt die Entwicklung und die Charakterisierung von robusten rauscharmen Verstärkern. Darüber hinaus wird ein neues Konzept für die Steigerung der Robustheit entwickelt, gemessen und charakterisiert. Das Konzept verwendet eine neuartige Zusammenschaltung zweier Transistoren am Verstärkereingang, wodurch die Spannungsfestigkeit gegenüber hohen Leistungspegeln gesteigert wird. Damit konnten Höchstwerte von +44dBm mit CW-Anregung und +47dBm mit gepulster Anregung am Verstärkereingang ohne Beschädigung demonstriert werden. N2 - The next generation of integrated transceivers requires low-noise amplifier as well as power amplifier on a single chip. GaN HEMTs show high breakdown voltages and power handling capabilities, as well as a low noise figure, therefore they are an ideal candidate for RF front-ends. The thesis analyses highly linear and rugged low-noise amplifiers, which can be integrated on transceivers. GaN HEMT properties are analyzed during burn-in and pulsed input overdrive. This provides a fundamental understanding for amplifier behaviour during and after input power overdrive. The main part of the thesis addresses the development and the characterization of rugged low-noise amplifiers. Beyond that a new concept for the ruggedness improvement is developed, measured and characterized. This concept uses a novel interconnection topology between two transistors at the amplifier’s input, which enhances the LNA’s ruggedness against high input power levels. It could be demonstrated that the LNA can withstand peak input power values higher than +44dBm using CW signal and +47dBm with a pulsed signal at the amplifier’s input without damage. KW - GaN HEMT KW - Rauscharme Verstärker KW - Robustheit KW - Stacked Verstärker KW - Übersteuerung mit hoher Eingangsleistung KW - GaN HEMT KW - Low noise amplifier KW - Ruggedness KW - Stacked amplifier KW - Input power overdrive KW - Rauscharmer Verstärker KW - Galliumnitrid KW - HEMT KW - Robuste Regelung Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-44782 ER - TY - THES A1 - André da Rocha, Andreza T1 - The Birth of Brazilianism : the stereotypical representation of Brazil in the context of cultural imperialism and media concentration T1 - Die Entstehung des Brasilianismus : die stereotypische Darstellung Brasiliens im Kontext des Kulturimperialismus und der Medienkonzentration N2 - The representation of Brazil in American mainstream cinema disseminates stereotypes that have their roots in narratives produced by European explorers during the colonial era. Films and other media from Brazil portray the country’s cultural and ethnic diversity more accurately, but due to media concentration and the global supremacy of the US-based film and television industry, only a few manage to reach international audiences and challenge widespread stereotypes. A critical examination of writings of Portuguese explorers produced in the centuries following the arrival of Pedro Álvares Cabral in Brazil provides the basis for the analysis of contemporary representations of Brazil in American cinema and reveals how early descriptions of Brazil have influenced these representations. In order to identify the main Brazilian stereotypes disseminated by feature films produced in the United States, a number of films released between 1984 and 2011 are analyzed. The results of the analysis allow for the identification of an ethnocentric regime of representation that is often employed by the world’s leading film and television industry to portray Otherness, reinforcing stereotypical ideas about racial difference and the culture and people of developing countries. The analysis is followed by a discussion of cultural imperialism, media concentration and its impact on cultural diversity and media pluralism. The investigation of the concentrated ownership of media, which raises concerns regarding cultural homogenization, the advancement of corporate interests over the public interest and loss of cultural diversity, indicates how media concentration contributes to the perpetuation of cultural, ethnic and national stereotypes that reinforce colonialist and reductionist ideas about developing countries. The results of the film analysis, combined with issues related to the increasing concentration of media ownership, confirm the proposition to revive the debate about a New World Information and Communication Order (NWICO), which emerged within UNESCO in the 1970s as a reaction of Third World nations to colonialism and the economic and cultural influence of Western nations. Finally, it is argued that, despite the failure of NWICO in the past, the concept has not lost relevance and it would be reasonable to bring it back to the international agenda. N2 - Die Darstellung Brasiliens im amerikanischen Mainstream-Kino verbreitet Stereotypen, die ihre Wurzeln in den von europäischen Kolonialherren verbreiteten Narrativen haben. In Brasilien produzierte Filme und andere Medien, welche die Diversität des Landes mit mehr Genauigkeit und Authentizität darstellen, werden selten auf der internationalen Ebene verbreitet. Medienkonzentration und die Überlegenheit der amerikanischen Filmindustrie sind mögliche Erklärungen dafür. Um diese Behauptung zu begründen, werden gegenwärtige Darstellungen von Brasilien im amerikanischen Kino kritisch untersucht und mit Aufzeichnungen portugiesischer Entdecker verglichen, was die Identifikation von Ähnlichkeiten zwischen beiden Diskursen ermöglicht. Die wichtigsten brasilianischen Stereotype im Hollywood-Kino werden durch die Untersuchung von zwischen 1984 und 2011 herausgebrachten Filmen erkannt und ausgewertet. Die Untersuchungsergebnisse bringen ein ethnozentrisches Darstellungssystem zum Vorschein, welches regelmäßig von der amerikanischen Film- und Fernsehindustrie verwendet wird, um Anderssein darzustellen. Dieses Darstellungssystem untermauert stereotypische Vorstellungen über die Kultur und die Bevölkerung von Entwicklungsländern. Die Filmanalyse wird mit einer Diskussion über Kulturimperialismus, Medienkonzentration und deren Auswirkung auf kulturelle Vielfalt und Medienpluralismus ergänzt. Eine Untersuchung der globalen Medienkonzentration, welche Bedenken über kulturelle Homogenisierung, die Bevorzugung von geschäftlichen Interessen gegenüber dem öffentlichen Interesse und den Verlust von kultureller Vielfalt aufkommen lässt, zeigt wie Medienkonzentration zum Fortbestehen von kulturellen, ethnischen und nationalen Stereotypen beiträgt. Die Ergebnisse der Filmanalyse, ergänzt mit den Schlüssen gezogen aus der Diskussion über die Auswirkung von Medienkonzentration auf Entwicklungsländer, unterstützen den Vorschlag über die Wiederbelebung der New World Information and Communication Order (NWICO)-Debatte, welche in den 1970ern bei der UNESCO entstanden ist, als eine Antwort von Drittweltländern auf den Kolonialismus und die kulturelle und wirtschaftliche Herrschaft westlicher Nationen. Obwohl die NWICO-Bewegung bei ihrem ersten Anlauf gescheitert ist, wird schlussendlich argumentiert, dass das Konzept einer neuen und fairen Weltordnung im Kommunikationsbereich immer noch relevant ist und es sinnvoll wäre, die NWICO-Debatte wieder in die internationale Tagesordnung einzuführen. KW - Brasilien KW - Postkolonialismus KW - Filmanalyse KW - Stereotyp KW - Postkolonialismus KW - Medienkonzentration KW - Stereotype KW - Filmanalyse KW - NWICO KW - Postcolonialism KW - Media concentration KW - Stereotypes KW - Film analysis KW - NWICO Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-27288 ER - TY - THES A1 - Angwafo, Tsi Evaristus T1 - Status of wildlife and its utilisation in Faro and Benoué National Parks North Cameroon : Case study of the Derby Eland (Taurotragus derbianus gigas Gray, 1947) and the African Wild Dog (Lycaon pictus Temminck, 1840) T1 - Ist-bestand der Wildtiere, deren Nutzung in den Nationalparks Faro und Benoué (Nord Kamerun): Fallstudie Riesenelen (Taurotragus derbianus gigas Gray, 1947) und Afrikanischer Wildhund (Lycaon pictus Temminck, 1840) N2 - Primary and secondary data were collected during the period of January – May 2005 and questionnaires were issued between August – December 2004 to know the Status of Wildlife and its Utilisation in Faro and Benoué National Parks North Cameroon: Case study of the Derby Eland (Taurotragus derbianus gigas Gray, 1947) and the African Wild Dog (Lycaon pictus Temminck, 1840). The line transect method was used to assess wildlife population. Geographical Information System (GIS) maps of Faro and Benoué National Parks were drawn to show their distribution. Eleven different wildlife species were studied in Faro and Benoué National park. The density of Kobus kob in Faro was 0.39 animals/km² and 0.28 animals/km² in Benoué and that for Acelaphus buselaphus was 0.4 animals/km² in Benoué National park. The encounter rate was calculated for all other species and it was weak in Faro ranging from 0.009 – 0.01 while in Benoué it was higher ranging from 0.03 – 0.87. The highest encounter rate was from Benoué National Park for Loxodonta africanna. The total biomass for wildlife was 13,224.4 kg/km² with the higest percentage contribution of which 60.49% coming from Taurotragus derbianus gigas in Faro National Park.The total biomass in Benoué National Park was 37, 1839 kg/km² with the biomass for Taurotragus derbianus gigas as 20 kg/km² and percentage contribution of 9.68%. The higest percentage contribution to the total biomass in Benoué National Park was 85.52% coming from Loxodonta Africana. No observations or trace of the Lycaon pictus was seen in the two parks (Faro and Benoué) within the study period. Removal and replacement rates of Taurotragus derbianus gigas showed a polynomial shaped curve with periods of population increase and decrease with regards to yearly behaviour while the previewed Lycaon pictus for hunting showed a polynomial shaped curve while its actual removal dwindled on a straight line. Removal and replacement is not influenced by sport hunting activities alone but prey availability, absence and presence of predators, disease, car accidents and other human influences. However, the critical value for the exploitation (sport hunting) of wildlife over a period of 20 years in Faro and Benoué National Parks was necessary to be determined though it was a difficult attempt. Income generated from park activities had doubled from 42.8 million F CFA to 92.5 million F CFA in 2001. Categories of hunters coming to the parks for hunting activities were 90% non-residents, 6% residents and 4% nationals hunting by permit. The estimated annual revenue from wildlife was 91,185.00 Euros and 773,685.00 Euros in Faro and Benoué National Parks respectively. Taurotragus derbianus gigas had the highest value of 19,400 Euros in Faro National Park and 87,000 Euros in Benoué National Park. Both parks contribute 0.58% of the total revenue generated by wildlife in Faro and Benoué. There was a high level of awareness about conservation of the Taurotragus derbianus gigas and the Lycaon pictus. Also was a general willingness to pay for the conservation of resources though it was an issue of a social dilemma of choosing between self interest and collective gains. However, the population was willing to pay 500 F CFA to generate a conservation fund to sustain identified conservation projects. Assessing the management policy of the government, 40% of the population wish to be compensated for giving away their resource while 28% opt for exchange, 9% expropriation, 16% continuation and 1% had indicated no option (neutral). N2 - Primäre und sekundäre Daten wurden von Januar 2005 bis Mai 2005 erhoben. Die Fragebögen zur Klärung des Wildbestandes und dessen Nutzung in den Faro und Benoué Nationalparks (Nord Kamerun) von Riesenelen (Taurotragus derbianus gigas Gray, (1947) und Afrikanischem Wildhund (Lycaon pictus Temminck, 1840) wurden im August 2004 und Dezember 2004 verteilt. Um das Ausmass der Nutzung feststellen zu können, wurde die Linien transekt-Methode angewendet. Zur Feststellung der Verteilung von Taurotragus derbianus gigas und anderem Großwild wurden GIS-Karten der Nationalparks Faro und Benoué erstellt. Elf Tierarten wurden in Faro und Benoué beobachtet. Die Individuendichte von Kobus kob betrug in Faro 0,39 Tiere/km² und 0,28 Tiere/km² in Benoué. Ausserdem wurden 0,4 Tiere/km² von Acelaphus buselaphus festgestellt. Die Biomasse für das Wildleben betrug in Faro 13,224.4 kg/km² und die Gesamtbiomasse für Taurotragus derbianus gigas betrug 9.69 kg/km² was somit einen Anteil von 60,49% an der Gesamtbiomasse darstellt. Im Benoué Nationalpark betrug die Gesamtbiomasse für Wildleben 371,839 kg/km² und die Biomasse von Taurotragus derbianus gigas 20 kg/km². Diese Tierart hat somit einen Anteil von 8.9%. Die Antreff-Wahrscheinlichkeit wurde für alle Arten errechnet. Sie ist in Faro gering und erstreckt sich von 0,009 bis 0,01 Tiere/km², während in Benoué die Spanne mit 0,03 – 0,87 Tiere/km² höher ausfällt. Der Anteil daran von Loxodonta africana betrug 85,52%. Innerhalb des Untersuchungszeitraumes konnten keine Direkt-Beobachtungen von Lycaon pictus in den beiden Parks gemacht werden oder Spuren nachgewiesen werden. Zu- und Abnahmeraten von Taurotragus derbianus gigas zeigten einen vielgestaltigen Kurvenverlauf mit Perioden von Zu- wie auch Abnahmen bezüglich des jährlichen Verhaltens, während der ebenfalls vielgestaltige Kurvenverlauf von Lycaon pictus gegenwärtig eine starke Abnahme zeigt. Die Zu- und Abnahme ist nicht nur durch (Sport-) Jagdaktivitäten beeinflusst, sondern auch durch die Verfügbarkeit von Beutetieren, die An- und Abwesenheit von Räubern, das Auftreten von Krankheiten, Unfällen mit Autos und weiteren menschliche Einflüssen. Es ist besonders wichtig, den Grenzwert in 20 Jahren Sportjagdnutzung von Wild in den Nationalparks Faro und Benoué zu ermitteln. Dieser ist jedoch schwierig festzustellen. Die Einnahmen durch Aktivitäten in den Parks haben sich von 42,8 Millionen F CFA auf 92,5 Millionen F CFA im Jahr 2001 mehr als verdoppelt. 90% der Jäger mit einer Jagderlaubnis, die in die Parks kamen, waren nicht einheimisch, 6% waren Anwohner und 4% Kameruner. Taurotragus derbianus gigas hat einen geschätzten Wert von 19400 Euros im Faro Nationalpark und von 87000 Euros im Benoué Nationalpark. Beide Parks tragen damit 0,58 % der durch Wild erzeugten Gesamteinnahmen bei. Es bestand ein hohes Maß an Bewusstsein für den Schutz von Taurotragus derbianus gigas und Lycaon pictus. Ebenso bestand eine grundsätzliche Bereitschaft für den Schutz zu bezahlen, obwohl sich eine Art soziales Dilemma zwischen den Eigeninteressen und dem Allgemeinwohl zeigte. Jedoch war die Bevölkerung immerhin bereit, 500 F CFA für einen Erhaltungsfond zu zahlen, um bestimmte Schutzprojekte zu unterstützen. Bei der Beurteilung der Managementpolitik der Regierung äußerten 40% der Bevölkerung den Wunsch, für den Verzicht auf ihre Ressourcen entschädigt zu werden. Während 28% für einen Flächentausch bzw. 9% für eine Enteignung votierten, wollten 16% eine Fortführung der jetzigen Politik. 1% machte keine Angaben. KW - Kamerun KW - Nationalpark KW - Wildtiere KW - Wildbestand KW - Cameroon KW - National park KW - Wildlife population Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-111 ER - TY - THES A1 - Antoshkiv, Oleksiy T1 - Untersuchung der Zündung in einer neuartigen gestuften Brennkammer T1 - Investigation of ignition performance of a modern staged combustor N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Zündungseigenschaften einer neuartigen Brennkammer untersucht, wobei auch das Magerverlöschverhalten mit in Betracht gezogen wurde. Die Untersuchungen der Zündbarkeit basieren auf den Ergebnissen numerischer Simulationen und anschließenden Auswertungen in einer Zündsubroutine. Die Ergebnisse der Strömungssimulationen sind mit PIV-Messungen experimentell validiert worden, wobei die simulierten Sprayformen durch die ermittelten Mie-Aufnahmen bestätigt wurden. Hochgeschwindigkeitskamera - Aufnahmen wurden zur Validierung der berechneten minimalen Zündenergien verwendet. Die vorgenommenen Korrelationen zwischen den kalkulierten Werten der minimalen Zündenergie sowie den gemessenen AFR-Zündungsdaten eröffnen einen Weg zur Bestimmung der zu erwartenden zündbaren Gemischkonzentrationen in realen Brennkammern aufgrund der simulierten minimalen Zündenergie. Im Rahmen der Arbeit wurde weiterhin eine Parametergewichtung durchgeführt, welche als Grundlage bei der Optimierung ähnlicher Brennkammern dienen kann. N2 - The ignition performance of a modern staged combustor is investigated in this work. For the research of the ignition performance of the combustor a special ignition subroutine was developed, which based on the results of CFD-ACE simulation. The simulation results were validated by the PIV - measurements and by the laser light-sheet method. A high speed camera was used for validation of calculated ignition energy. The correlation between weak extinction and ignition performance was shown. The parameter ranking of all factors influencing ignition was carried out, which is the base for the further parameter optimization of similar combustors. KW - Triebwerk KW - Brennkammer KW - Zündung KW - Triebwerk KW - Brennkammer KW - Zündung KW - Aero engine KW - Combustor KW - Ignition Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-3739 SN - 978-966-603-540-3 N1 - Dissertation ist erschienen im Verlag Svit, Lviv ER - TY - THES A1 - Antwi, Effah Kwabena T1 - Integrating GIS and remote sensing for assessing the impact of disturbance on habitat diversity and land cover change in a post-mining landscape T1 - Integrative Nutzung von GIS und Fernerkundung zur Erfassung der Auswirkung von Störung der Habitatdiversität und Veränderungen der Vegetationsbedeckung in einer Bergbaufolgelandschaft N2 - Human influence on the biosphere has transformed natural land cover (LC) into modified LC. Shifting focus from individual species study to large-scale assessment is therefore needed to restore the damaged ecosystem. The hypotheses were: (a) the post-mining landscapes are getting more diverse over time (b) GIS, remote sensing and patch analyst can generate LC information and landscape characterization statistics for assessing habitat diversity and monitoring land cover change (LCC) in a disturbance-dominated area (c) relationship exist between habitat diversity and field based species richness/LCC and environmental conditions/LCC and biodiversity losses. The general aims of this research were (a) to assess the impact of disturbance on LCC and habitat diversity (b) to identify how accurately patterns of habitat diversity, complexity, fragmentation, primary production and LCC can be assessed or predicted with GIS and remotely sensed data. LC maps of 1988, 1991, 1995, 1998, 2000 and 2003 were produced from LANDSAT TM images of Schlabendorf Nord and Schlabendorf Süd. These images were used to survey the changing landscape. After classifying the images based on dominant land cover types, the area and perimeter of all patches were defined. Landscape characterization metrics were generated using patch analyst. LCC statistics were estimated for each LC map year. Change detection extension was used to identify changes among vegetation or land cover types into “negative change”, “no change” and “positive change”. DCA ordination technique (CANOCO) was used to study similarity among the distribution of land cover types. Other relevant analysis made include soil pH analysis and climate data evaluation. The outcome of the research shows that the process of LCC takes place at the interface between environmental and human systems. Land cover transformations in most cases in Schlabendorf were as a result of progressive and reversed plant succession. Overall changes in both landscapes showed increased area of pine afforestation, deciduous trees afforestation, lake and mixed grassland with trees. The LCC s were predominantly caused by harvesting of afforested pine, restoration related construction activities or other land cover management practices, reverse succession, low soil pH especially along the path of the mine strip, loss of soil fertility, human decisions and policies. There was increase in habitat richness, heterogeneity, fragmentation, and shape complexity due to decrease in habitat size, increased land use intensity etc. Lower habitat diversity in Schlabendorf Süd was due to the comparatively large landscape area, high patch number and higher habitat richness in most cases which confirms the claim that relationship between habitat diversity and habitat heterogeneity varies according to scale (Tews et al., 2004). Increase in biomass accumulation particularly in Schlabendorf Süd contributed to the exchanges for greenhouse gases between the forest cover, soil and the atmosphere, hence changing the climatic condition on terrestrial ecosystems, biodiversity and LCC. Unlike Schlabendorf Nord, Schlabendorf Süd still undergoes more active reclamation activities resulting in less similarity between the two post-mining landscapes over time. Within a given ecosystem, any change in habitat diversity can change the number of species in the resulting habitats types, in other words habitat diversity can be used to predict the species richness in a given ecosystem. The approach to this work provides a beneficial trade off between expensive ground vegetation or LCC survey and low-priced image processing analysis. It requires less manpower and less time but greatly reliable for assessing LCC, habitat diversity/richness and heterogeneity in large inaccessible areas such as dunes in post-mining landscape. N2 - Menschlicher Einfluss auf die Biosphäre hat die natürliche Vegetationsbedeckung (LC) verändert. Deshalb wird eine Verschiebung von Studien einzelner Arten zu großräumigen Untersuchungen benötigt, um geschädigte Ökosysteme wieder herzustellen. Die Hypothesen waren: (a) die Diversität in den Bergbaufolgelandschaften steigt im Laufe der Zeit; (b) GIS, Fernerkundung und Patch-Analyse können LC-Informationen und Statistiken zur Landschaftskennzeichnung erzeugen, die für die Bestimmung von Habitatdiversität und zur Überwachung des Wandels der Landbedeckung (LCC) in einem störungsdominierten Gebiet genutzt werden können; (c) es gibt eine Beziehung zwischen Habitatdiversität und Felddaten zu Artenreichtum/LCC, Umweltbedingungen/LCC und Diversitätsverlusten. Die allgemeinen Ziele dieser Forschung waren (a) die Auswirkung der Störung auf LCC und Habitatdiversität festzustellen, (b) zu überprüfen, wie genau Muster der Habitatdiversität, der Komplexität, der Fragmentierung, der Primärproduktion und des LCC mit GIS und Ferndaten bestimmt oder vorausgesagt werden können. LC-Karten der Jahre 1988, 1991, 1995, 1998, 2000 und 2003 wurden aus LANDSAT-TM-Bildern von Schlabendorf-Nord und Schlabendorf-Süd erstellt. Diese Bilder wurden verwendet, um die sich ändernde Landschaft zu erfassen. Nach der Klassifizierung der Bilder auf der Basis der dominierenden Klassen der Landbedeckung wurden das Gebiet und der Durchmesser aller Patches definiert. Metriken zur Landschaftscharakterisierung wurden unter Verwendung der Patchanalyse erzeugt. LCC Statistiken wurden für jedes LC-Kartenjahr geschätzt. Change detection extension wurde verwendet, um Änderungen der Vegetation oder der land cover types als „negative Änderung“, „keine Änderung“ und „positive Änderung“ zu identifizieren. DCA-Ordination (CANOCO) wurde verwendet, um Ähnlichkeiten der Verteilung der land cover types zu studieren. Andere relevante Analysen umfassen die Messung des Boden-pH-Wertes und eine Auswertung der Klimadaten. Die Ergebnisse zeigen, dass der LCC-Prozess an der Schnittstelle zwischen menschlichen und Umweltsystemen stattfindet. Änderungen der Landbedeckung in Schlabendorf resultierten in den meisten Fällen aus progressiver und regressiver Pflanzensukzession. Insgesamt zeigten sich in beiden Landschaften ein vergrößertes Gebiet der Kieferaufforstung, der Aufforstung mit Laubbäumen, des Sees und des Offenlandes mit Bäumen. Die LCCs wurden überwiegend durch Rodung der aufgeforsteten Kiefern, durch Restaurierungsmaßnahmen, durch umgekehrte Sukzession, durch den niedrigen pH-Wert im Boden besonders entlang des Tagebaus, durch Verlust der Bodenfruchtbarkeit sowie durch politische Entscheidungen verursacht. Es gab eine Zunahme des Habitatreichtums, der Heterogenität, der Fragmentierung und der Komplexität wegen der Verringerung der Habitatgröße, der steigenden Landnutzungsintensität etc. Die geringere Habitatdiversität in Schlabendorf-Süd lag in den meisten Fällen am verhältnismäßig großen Landschaftsausschnitt, an der hohen Zahl der Patches und am höheren Habitatreichtum. Das bestätigt die Annahme, dass das Verhältnis zwischen Habitatdiversität und Habitatheterogenität von der Skalierung abhängig ist. Die Zunahme der Biomasseakkumulation insbesondere in Schlabendorf-Süd trug zum Treibhausgasaustausch zwischen der Waldbedeckung, dem Boden und der Atmosphäre bei und veränderte folglich die klimatischen Verhältnisse in terrestrischen Ökosystemen, die Biodiversität und den LCC. Anders als Schlabendorf-Nord durchläuft Schlabendorf-Süd noch weitere Rekultivierungsmaßnahmen, so dass daraus im Laufe der Zeit eine geringere Ähnlichkeit zwischen den zwei Bergbaufolgelandschaften entstehen wird. Innerhalb eines vorhandenen Ökosystems kann jede Änderung in der Habitatdiversität die Artenzahl in den resultierenden Habitattypen ändern, mit anderen Worten kann Habitatdiversität verwendet werden, um den Artenreichtum in einem gegebenen Ökosystem vorauszusagen. Die vorliegende Arbeit liefert einen vorteilhaften Ausgleich zwischen teurer Vegetations- oder LCC-Analyse und preiswerterer Bildverarbeitungsanalyse. Sie erfordert weniger menschliche Arbeitskraft und weniger Zeit, ist aber zuverlässig genug für die Einschätzung des LCC, von Habitatdiversität/Reichtum und der Heterogenität in großen unzugänglichen Bereichen wie Dünen in Bergbaufolgelandschaften. KW - Landschaftsbewertung KW - Landschaftsanalyse KW - Fernerkundung KW - Geoinformationssystem KW - GIS KW - Fernerkundung KW - Landschaft KW - Fragmentierung KW - Reklamation KW - GIS KW - Remote sensing KW - Landscape KW - Fragmentation KW - Reclamation Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-7825 ER - TY - THES A1 - Apau, Kwaku Boakye T1 - Developing a conceptual solution for domestic wastewater management in developing countries: Kumasi (Ghana) as a case study T1 - Entwicklung einer konzeptionellen Lösung für das Management von Haushaltsabwässern in Entwicklungsländern: Kumasi (Ghana) als eine Fallstudie N2 - Wastewater treatment systems abound as a result of technological improvements in treatment processes. Therefore in the selection of a wastewater treatment system for a particular wastewater treatment situation there are many alternatives to choose from. Despite this development municipal wastewater treatment in communities in developing countries are not always sustainable due to the application of inappropriate treatment systems. The question is how can an appropriate treatment system be identified for a certain location? The answer to this question is of importance to developing countries where wastewater treatment is usually not sustainable. In this study a framework for assessing wastewater treatment systems was developed. First, a comprehensive set of indicators representing parameters of treatment systems and properties of the study area that impacts on wastewater treatment were identified. Secondly, assessment of these indicators were carried out through expert and community survey to identify a final set of indicators whose composition consist of efficiency, reliability and simplicity of treatment systems and resource constraint, resource recovery and environmental concerns of the study area. Thirdly, four wastewater treatment systems, namely: Waste Stabilization Ponds, Trickling Filter, reed bed and free water surface Constructed Wetlands considered to be feasible for the study area were evaluated by the application of the identified indicators. Finally, a decision matrix produced was processed by multi-attribute decision making methods using two indicator weights to identify the most appropriate treatment system among the four alternatives. Results of the study show that in a scenario where equal indicator weights are assumed, reed bed is identified as the most appropriate with stabilization ponds being ranked as the least appropriate. In a more practical scenario where the weights of the indicators are allocated to reflect conditions of the study area, free water surface is ranked as the most appropriate. This outcome is at variance with stabilization pond technologies currently installed at communities in the study area. The performance of constructed wetlands is at the midpoint as far as most of the high to medium weighted assessment indicators are concern. It therefore represents a compromising solution between waste stabilization pond and trickling filter. The study also shows a change in variants of constructed wetland with a change in indicator weights. An indication that the decision situation determines the appropriateness of a treatment system and not the treatment system itself. The selection framework employed in this study can be said to be reliable and capable of identifying a treatment system that can be appropriate for a particular location. This is because the choice of a constructed wetland for the study area fits the definition of appropriate treatment system defined by the final indicators identified in this study. N2 - Aufgrund der technologischen Entwicklung existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Systeme zur Behandlung von Abwasser. Deshalb gibt es bei der Auswahl für ein System zur Behandlung von Abwasser eine große Anzahl von Alternativen. Trotz des vielfältigen Angebotes verschiedener Verfahren zur Behandlung von Abwasser für Kommunen sind wegen der Verwendung ungeeigneter Verfahren nicht alle Verfahren nachhaltig. Deshalb ist es wichtig geeignete Technologien für verschiedene Rahmenbedingungen zu identifizieren und auszuwählen. Dies ist insbesondere für Entwicklungsländer, in denen die Behandlung von Abwasser üblicherweise nicht nachhaltig ist von Bedeutung. Die vorliegende Untersuchung entwickelt Bewertungskriterien für Systeme zur Abwasserbehandlung. Zunächst wird eine umfassende Liste von Indikatoren für die Charakterisierung von Einflußgrößen für Abwassersysteme entwickelt. Danach werden diese Indikatoren und Einflußgrößen durch eine Befragung von Experten und von Kommunen bewertet, um die wichtigsten Einflußgrößen zu ermitteln. Die Bewertung der verschiedenen Abwassersysteme erfolgt unter den Gesichtspunkten der Effizienz, der Zuverlässigkeit und Einfachheit der Anlagen, beschränkter Ressourcen sowie unter dem Gesichtspunkt der Rückgewinnung von Ressourcen. Es werden vier Technologien zur Abwasserreinigung untersucht. Die vier Technologien Abwasserteiche, Sickergruben, Schilfkläranlagen und Pflanzenkläranlagen sind für die untersuchte Region zulässige Technologien und werden mittels der untersuchten Indikatoren bewertet. Schließlich wird eine Entscheidungsmatrix entwickelt und auf der Basis eines multi-attributen Entscheidungsverfahrens mit zwei Gewichtungen von Indikatoren die geeignete Technologie unter vier Möglichkeiten ausgewählt. Die Resultate unserer Untersuchungen zeigen in einem Szenario mit Annahme gleicher Gewichtung der Indikatoren, dass eine Schilfkläranlage die beste Lösung darstellt während sich ein Klärschlammbecken als die schlechteste Lösung erweist. In einem realistischeren Szenario in dem die Wichtung der Indikatoren entsprechend dem Standort gewählt wird stellen sich Pflanzenkläranlagen als beste Lösung heraus. Das Resultat der Untersuchung suggeriert eine Modifikation von Klärschlammbecken wie sie gegenwärtig in den Kommunen der untersuchten Region verwendet wird. Die Leistungsfähigkeit der untersuchten Kläranlagen steht im Mittelpunkt, was die mittlere und hohe Wichtung der wesentlichen Indikatoren angeht. Daher stellt diese Lösung einen Kompromiss zwischen Abwasserbecken und Sickergruben dar. Die Untersuchung zeigt weiterhin eine Veränderung der besten Lösung, wenn die Gewichtung der Indikatoren verändert wird. Dies ist ein Hinweis darauf, dass die Gewichtung dieser bei einer Entscheidung für eine Technologie der Abwasserbehandlung, und nicht nur die Typen verschiedener Anlagen großen Einfluss auf die Entscheidung haben. Die Indikatoren die in der vorliegenden Untersuchung angewandt werden, erweisen sich als zuverlässig für die Auswahl bestimmter Kläranlagen unter gegebenen Standort-faktoren. Der Grund hierfür ist, dass die Wahl des verwendeten Feuchtgebietes für die Untersuchung die Definition geeigneter Abwassersysteme erfüllt, die in der vorliegenden Untersuchung als wichtig identifiziert wurden. KW - Wastewater treatment KW - Treatment efficiency KW - Land requirement KW - Multi-attribute decision making KW - Assessment indicators KW - Behandlungseffizienz KW - Bodenbedarf KW - Abwasserbehandlung KW - Entscheidungsfindung für Mehrfachattribute KW - Bewertungsindikatoren KW - Entwicklungsländer KW - Abwasserreinigung KW - Umweltbewertung Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41544 ER - TY - THES A1 - Apte, Anisha T1 - A new analytical design method of ultra-low-noise voltage controlled VHF crystal oscillators and it’s validation T1 - Eine neue analytische Entwurfsmethode für spannungsgesteuerte UKW-Quarzoszillatoren mit extrem geringem Rauschen und ihre Validierung N2 - The design of high Q oscillators, using Crystals at lower frequencies, (and dielectric resonators at much higher frequencies), has long been considered a black art. This may be due to the fact that a systematic approach with optimized design guideline for crystal oscillators could not be found after extensive literature search. In this dissertation, after analyzing the first crystal oscillator by W.G. Cady (1921), other high performance crystal oscillators will be discussed, analyzed and calculated. A single transistor crystal oscillator design as used by HP (Hewlett Packard) in one of their designs, the HP10811A is considered in this thesis for mathematical analysis and CAD (Computer aided Design) simulation. This was also measured on state-of-the-art signal source analyzer. After validation, this design is scaled to 100MHz, the frequency of interest for this dissertation. Though most designers use a single transistor based oscillator circuit, it is not an optimized design because of limited control over key design parameters such as loop gain, dc current etc. This dissertation is an attempt to overcome the limitation due to the single transistor circuit and to give a step by step procedure, explaining the significance of a two transistor design with thorough analysis and design simulation results. This two stage transistor circuit is also not yet a best solution in terms of phase noise performance and output power, and some add-on circuitry will be needed for an optimized performance. An important contribution of this work is to show that since the voltage gain is the ratio of the collector resistor and the emitter resistor, the performance is practically independent of the VHF transistor and gives better control over various parameters of the oscillator, in order to optimize the design. A grounded-base amplifier is then introduced and added for improving the isolation and the output power. Unlike most oscillators, that take the output from the collector, a novel concept introduced by Rohde [14], is incorporated here, where the crystal is used as a filter that is then connected to the grounded base amplifier, a technique which many companies have been using. This dissertation will show that this technique increases the output power without significantly affecting the phase noise. Such a validation is needed for better understanding and as per my knowledge, has not been done so far. For the oscillator, the tuning diode sensitivity and flicker noise contribution are also taken into consideration, by calibrating the mathematics and its validation is shown. Crystal resonators of the type AT and stress-compensated (SC) cut devices will be considered as they give the best performance. The one port Colpitts type oscillator is considered first and the two port two transistor design later. Both will need a post amplifier/buffer stage. A complete step by step design procedure for an optimized 100MHz crystal oscillator is then presented. For completeness, CAD Simulation and Experimental results are provided for 10 MHz, 128 MHz and 155 MHz VCO circuits. N2 - Die Entwicklung von Oszillatoren mit Resonatoren hoher Güte unter Verwendung von Schwingquarzen für niedrigeren Frequenzen (ebenso wie von dielektrischen Resonatoren bei viel höheren Frequenzen) wurde lange Zeit als schwarze Kunst angesehen. Dies kann daran liegen, dass ein systematischer Ansatz mit optimierter Entwurfsrichtlinien für ersten Quarz-Oszillators trotz umfangreicher Literaturrecherche nicht gefunden werden konnte. In dieser Dissertation werden nach der Analyse des ersten bekannten Quarz-Oszillators von W. G. Cady (1921) andere Hochleistung Quarz-Oszillators diskutiert, analysiert und berechnet. Der HP10811A ist ein Einzeltransistor-Quarz-Oszillator, wie von HP (Hewlett Packard) in einem ihrer Designs verwendet. In dieser Arbeit wird die die Schaltung mathematisch und mithilfe von Computer Aided Design Simulation (CAD) analysiert . Die Schaltung wurde auch mit einem Signalquellenanalysator nach dem neuesten Stand der Technik gemessen. Nach der Bestätigung der Daten wird dieses Design auf 100 MHz skaliert, die Frequenz, die für diese Dissertation von Interesse ist. Obwohl die meisten Entwickler eine Oszillatorschaltung auf Einzeltransistorbasis verwenden, handelt es sich nicht um ein optimiertes Design, da die Kontrolle über wichtige Designparameter wie Schleifenverstärkung, Gleichstrom usw. begrenzt ist. Diese Dissertation präsentiert einen Ansatz, die Einschränkung aufgrund der Einzeltransistorschaltung zu überwinden und zeigt eine schrittweise Vorgehensweise, in der die Bedeutung eines Zwei-Transistor-Entwurfs mit gründlichen Analyse- und Entwurfssimulationsergebnissen erläutert wird. Diese zweistufige Transistorschaltung ist jedoch noch nicht die optimale Lösung hinsichtlich des Phasenrauschens und der Ausgangsleistung, und für eine optimierte Leistung wird eine zusätzliche Schaltungen benötigt. Ein wichtiger Beitrag dieser Arbeit ist es zu zeigen, dass das Oszillator-Design durch eine Schaltungstopologie optimiert werden kann, bei der die Schleifen-Spannungsverstärkung durch das Verhältnis des Kollektorwiderstands zum Emitterwiderstand festgelegt ist. Dadurch werden die die Schaltung bestimmenden Parameter praktisch unabhängig vom VHF-Transistor, was eine bessere Kontrolle der Parameter des Oszillators ermöglicht. In der mathematischen Analyse des Oszillator werden auch die Empfindlichkeit der Abstimmdiode und der Beitrag des Flicker-Rauschens berücksichtigt und die Genauigkeit der Schaltungsberechnung verifiziert. Quarz-Resonatoren mit AT Schnitt und stressskompensierte (SC) Schnitte werden als die beste Lösung angesehen. Der Oszillator vom Colpitts-Typ mit einem “Tor” wird zuerst betrachtet und der Transistor mit zwei “Toren” später. Beide benötigen eine Nachverstärker- bzw. Pufferstufe. Anschließend wird ein vollständiges schrittweises Entwurfsverfahren für einen optimierten 100-MHz-Quarzoszillator vorgestellt. Der Vollständigkeit halber werden CAD-Simulations- und Versuchsergebnisse für 10-MHz-, 128-MHz- und 155-MHz-VCO-Schaltungen bereitgestellt. Abschließend wird ein Nachverstärker in Basisschaltung eingeführt, um die Isolation und die Ausgangsleistung zu verbessern. Im Gegensatz zu den meisten Oszillatoren, die den Ausgang vom Kollektor beziehen, wird hier ein innovatives Konzept von Rohde [14] benutzt, bei dem der Quarzresonator als Filter und Resonator verwendet wird, bevor es durch den Nachverstärker ausgekoppelt wird. Diese Technik wurde inzwischen von vielen Herstellern übernommen. Diese Dissertation zeigt, dass diese Schaltungstechnik die Ausgangsleistung erhöht, ohne das Phasenrauschen wesentlich zu beeinflussen. Dieser Nachweis ist zum besseren Verständnis erforderlich und wurde meines Wissens bisher noch nicht erbracht. KW - Quartz crystal KW - Crystal oscillator KW - Phase noise KW - Reference source KW - Voltage controlled KW - Quarzkristall KW - Kristalloszillator KW - Phasenrauschen KW - Referenzquelle KW - Spannungsgesteuert KW - Quarzoszillator KW - UKW KW - CAD Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-51386 ER - TY - THES A1 - Arguirov, Tzanimir Vladimirov T1 - Electro-optical properties of dislocations in silicon and their possible application for light emitters T1 - Elektro-optischen Eigenschaften von Versetzungen in Silizium und deren mögliche Anwendung für Licht-Emitter N2 - This thesis addresses the electro-optical properties of silicon, containing dislocations. The interest in those properties is driven mainly by two practical reasons. One is the optical characterisation of multicrystalline silicon for solar cells, and the other is the design of light emitting diodes based on silicon by enhancement of silicon radiative properties via introduction of dislocations. The work demonstrates that dislocation specific radiation may provide a means for optical diagnostics of solar cell grade silicon. It provides insight into the mechanisms governing the dislocation recombination activity, their radiation, and how are they influenced by other defects present in silicon. We demonstrate that photoluminescence mapping is useful for monitoring the recombination activity in solar cell grade silicon and can be applied for identification of contaminants, based on their photoluminescence signatures. It is shown that the recombination at dislocations is strongly influenced by the presence of metals at the dislocation sites. The dislocation radiation activity correlates with their electrical activity. Thus, photoluminescence mapping at room temperature may provide a means for revealing and characterising of dislocation-rich regions in multicrystalline silicon. It is shown that the dislocation and band-to-band luminescence are essentially anti-correlated. The band-to-band intensity being related to the diffusion length of minority carriers can be used for measurements of diffusion length, as long as the surface recombination rate is controlled. Moreover, photoluminescence mapping can be used for the detection of optically active defects in solar grade materials. Thus, betaFeSi2 precipitates, with a luminescence at 0.8 eV, were detected within the grains of block cast materials. They exhibit a characteristic feature of quantum dots, namely blinking. The second aspect of the thesis concerns the topic of silicon based light emitters for on-chip optical interconnects. The goal is an enhancement of sub-band-gap or band-to-band radiation by controlled formation of dislocation-rich areas in microelectronics-grade silicon as well as understanding of the processes governing such enhancement. For light emitters based on band-to-band emission it is shown, that internal quantum efficiency of nearly 2 % can be achieved, but the emission is essentially generated in the bulk of the wafer. On the other hand, light emitters utilizing the emission from dislocation-rich areas of a well localized wafer depth were explored. Three different methods for reproducible formation of a dislocation-rich region beneath the wafer surface were investigated and evaluated in view of their room temperature sub-band-gap radiation: (1) silicon implantation and annealing, (2) epitaxially grown SiGe buffer, and (3) direct wafer bonding. The most promising dislocation-based emitter appears the utilization of a dislocation network produced by wafer bonding. It is shown, that monochromatic D1 radiation (wavelength 1.5 µm) can be generated in a well localised depth of the wafer. The radiation is not absorbed in silicon and such localized emitter can, potentially, be coupled with silicon waveguides and Ge-based detectors for optical interconnects. N2 - Diese Dissertation befasst sich mit den elektro-optischen Eigenschaften von Silizium mit Versetzungen. Das Interesse an den Versetzungseigenschaften beruht vor allem auf zwei praktischen Gründen: Die versetzungsspezifische Lumineszenz erlaubt einerseits optische Charakterisierung von multikristallinen Silizium für Solarzellen und anderseits die Entwicklung einer Silizium-basierten Leuchtdiode. Die Arbeit untersucht zunächst den Einsatz der Versetzungs-spezifische Lumineszenz für die optische Diagnostik von multikristallinen (Versetzungsreichen) Silizium für Solarzellen. Sie liefert Erkenntnisse über die Mechanismen für die versetzungsbedingte Rekombination, Versetzungsstrahlung, und darüber, wie diese durch andere Defekte im Silizium beeinflusst werden. Es wird gezeigt, dass Photolumineszenz-Mapping anwendbar ist für eine großflächige Analyse der Rekombination in Solarzellen-Silizium und für die Identifizierung von Verunreinigungen angewendet werden kann. Es wird gezeigt, dass metallische Verunreinigungen starken Einfluss auf die Rekombination im Bereich der Versetzungen haben und dass die Strahlungsaktivität mit ihrer elektrischen Aktivität korreliert. Versetzungs- und Band-Band-Lumineszenz sind im Wesentlichen antikorrelieret. Die Band-Band-Intensität ist abhängig von der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger. Daher kann Band-Band Strahlung als Maß für die Diffusionslänge benutzt werden, sofern die Oberflächenrekombination bekannt ist. Darüber hinaus kann Photolumineszenz-Mapping auch für den Nachweis von optisch aktiven Defekten in Solarzellen-Silizium verwendet werden. So wurden betaFeSi2 Ausscheidungen, mit einer Strahlungsenergie von 0,8 eV, innerhalb der Körner von Blockguss Silizium nachgewiesen. Sie zeigen ein charakteristisches Merkmal von Quantenpunkten, das sogenannte Blinken. Der zweite Aspekt der Forschung steht im Zusammenhang mit der Suche nach Silizium-basierten Licht-Emittern für On-Chip optische Interconnects. Das Ziel ist, durch kontrollierte Bildung von versetzungsreichen Gebieten in der Silizium Wafer eine Erhöhung des Sub-Bandgap oder Band-Band-Strahlung zu erreichen und die Prozesse, welche für eine solche Erhöhung verantwortlich sind zu verstehen. Es wird gezeigt, dass Band-Band Licht-Emittern eine interne Quanten-Effizienz von fast 2% erreichen können, aber die Emission entsteht im Wesentlichen im gesamten Volumen des Wafers. Licht Emitter, welche die Emission von versetzungsreichen Gebieten ausnutzen, können dagegen in einer definierten Tiefenschicht eingeschränkt werden. Drei verschiedene Methoden zur reproduzierbaren Bildung der versetzungsreiche Regionen unterhalb der Wafer-Oberfläche wurden untersucht und im Hinblick auf ihre Raumtemperatur Sub-Bandgap-Strahlung bewertet: (1) Silizium-Implantation und Ausheilen, (2) epitaktisch gewachsene SiGe-Puffer, und (3) direktes Wafer-Bonding. Wafer-Bonding erscheint am besten geeignet für versetzungsbasierte Lichtemitter. Es wird gezeigt, dass monochromatische D1-Strahlung (Wellenlänge 1,5 mm) erzeugt werden kann in einer gut lokalisierten Tiefe der Wafer. Die Strahlung wird nicht in Silizium absorbiert und solche lokalisierten Emitter sind möglicherweise geeignet für die Kopplung mit einem Silizium-Wellenleiter und Ge-Detektor für eine optische Interconnects. KW - Silicium KW - Versetzung KW - Lumineszenz KW - Lumineszenz KW - Versetzungen KW - Silizium KW - Luminescence KW - Dislocations KW - Silicon Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-5837 ER - TY - THES A1 - Arvidsson de Montes, Fredrik T1 - Spider ecology across scales : from microhabitats to landscapes in natural and managed habitats T1 - Spinnenökologie auf verschiedenen Skalen : vom Mikrohabitat bis zur Landschaft in natürlichen und bewirtschafteten Lebensräumen N2 - Spiders (Araneae) are an exceptionally diverse group, with over 52,000 described species worldwide. They are among the most dominant predators in terrestrial ecosystems and occur on every continent except Antarctica. Spiders play a key role in maintaining biodiversity and ecosystem functioning and acts as important natural enemies of pests in managed habitats. Their communities are influenced by both abiotic and biotic factors, and as a higher trophic group, they are sensitive to environmental changes, making them effective bioindicators. A key driver of spider community composition is the structural complexity of their surroundings, which is influenced by factors such as plant species richness. Greater structural complexity is generally associated with increased prey availability and accessibility, as well as improved microclimatic conditions, which together promote higher spider abundance and diversity. Human activities can both enhance and reduce this structural complexity through various management practices. In this thesis, I have investigated spider communities across a broad geographical span, covering Sweden, Germany, and South Africa, in both natural and managed habitats. Depending on the research question, different trapping techniques were employed, each with its own advantages and limitations, to best capture the relevant ecological information. For large-scale studies comparing sites across broad geographic areas, passive traps such as pitfall traps and Malaise traps were used. In contrast, for studies within habitats, such as orchards, spiders and their prey were hand-collected to assess how different management practices affect spider-mediated pest control. Additionally, one study directly compared traditional scientific surveys with citizen science data to evaluate their relative effectiveness in capturing spider biodiversity and mapping their geographical distribution. This research highlights the intricate relationships between spider communities and their environment. By deepening our understanding of these dynamics, the findings can contribute to conservation strategies and guide land management practices that enhance the role of spiders as natural enemies of pests. In an era of rapid environmental change, such knowledge is increasingly valuable. As a further benefit, this research may help improve public perception of spiders, emphasizing their importance in the ecosystems we all depend on. N2 - Spinnen (Araneae) sind eine außergewöhnlich artenreiche Gruppe, zu der weltweit über 52.000 beschriebene Arten gehören. Sie gehören zu den dominanten Räubern terrestrischer Ökosysteme und sind auf allen Kontinenten außer der Antarktis verbreitet. Spinnen spielen eine zentrale Rolle für die Biodiversität und die Funktionen der Ökosysteme. In bewirtschafteten Lebensräumen wirken sie zudem als natürliche Feinde von Schädlingen. Ihre Gemeinschaften werden von abiotischen und biotischen Faktoren beeinflusst. Als Organismen höherer trophischer Ebenen reagieren sie empfindlich auf Umweltveränderungen, was sie zu wirksamen Bioindikatoren macht. Ein wichtiger Faktor für die Zusammensetzung von Spinnengemeinschaften ist die strukturelle Komplexität ihrer Umgebung, die unter anderem von der Pflanzenartenvielfalt abhängt. Größere strukturelle Komplexität geht in der Regel mit einer höheren Beuteverfügbarkeit und besseren Mikroklimabedingungen einher, was wiederum eine größere Spinnendichte und -vielfalt begünstigt. Menschliche Aktivitäten können diese Komplexität durch unterschiedliche Bewirtschaftungspraktiken sowohl erhöhen als auch verringern. In dieser Dissertation habe ich Spinnengemeinschaften in natürlichen und bewirtschafteten Lebensräumen in Schweden, Deutschland und Südafrika untersucht. Abhängig von der jeweiligen Fragestellung kamen verschiedene Fangmethoden mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen zum Einsatz, um die relevanten ökologischen Informationen zu erfassen. Für großräumige Studien über weite Gebiete wurden passive Fallen wie Bodenfallen (Pitfall-Traps) und Malaisefallen verwendet. In Untersuchungen innerhalb bestimmter Lebensräume, etwa Obstplantagen, wurden Spinnen und ihre Beutetiere hingegen von Hand gesammelt, um zu prüfen, wie sich verschiedene Bewirtschaftungsweisen auf die durch Spinnen geleistete Schädlingskontrolle auswirken. In einer weiteren Studie wurden traditionelle wissenschaftliche Erhebungen direkt mit Bürgerwissenschaftsdaten verglichen, um deren jeweilige Eignung zur Erfassung der Spinnenvielfalt und ihrer geografischen Verbreitung zu bewerten. Diese Forschung verdeutlicht die komplexen Beziehungen zwischen Spinnengemeinschaften und ihrer Umwelt. Ein vertieftes Verständnis dieser Dynamiken kann Schutzstrategien und Bewirtschaftungsmaßnahmen unterstützen, die die Rolle von Spinnen als natürliche Feinde von Schädlingen stärken. In Zeiten rascher Umweltveränderungen ist solches Wissen besonders wertvoll. Darüber hinaus kann diese Arbeit dazu beitragen, die öffentliche Wahrnehmung von Spinnen zu verbessern und ihre Bedeutung für die Ökosysteme, von denen wir alle abhängen, zu betonen. KW - Spider KW - Identification KW - Population KW - Microhabitat KW - Ecology KW - Spinne KW - Identifikation KW - Mikrohabitat KW - Ökologie KW - Spinnen KW - Habitat KW - Räuber-Beute-Verhältnis KW - Ökologie KW - Naturschutz Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-71906 ER - TY - THES A1 - Asante-Annor, Asare T1 - Scientific principles for the protection of groundwater resources in Ghana T1 - Wissenschaftliche Prinzipien für den Schutz der Grundwasserresourcen in Ghana N2 - Groundwater is an important resource in Sub-Saharan Africa to supply water for domestic, industrial, mining and irrigation for agricultural purposes. In Ghana, groundwater supply program is mostly pragmatic to give people drinking water, however to ensure sustainability a long term groundwater management system is essential. One such approach is the use source protection (well protection) with the declaration and installation of protection zones. To achieve the goal of this research three hypothetical questions were asked which relates to the Availability and Vulnerability of groundwater, and the use of an analytical model to estimate source protection zones (SPZ). The regions of Adansi, Lawra, Sunyani and Sekyere West were chosen as study areas to test the hypothesis of this research with detailed investigation concentrating on Adansi area. The overall aim from the study areas was to estimate SPZ for Granite, Phyllite, Schist, Sandstone and weathered materials and give recommendations as to which activity should be permitted or otherwise within each of these zones. The available groundwater for a particular well or location was determined based on its hydraulic conductivity and specific capacity of a well. Regionalization of the available groundwater was achieved by comparing the results of the hydraulic conductivity and specific capacity with the regional structural map. To determine the vulnerability of the available groundwater, the radius of influence (ROI) for the different boreholes was determined using Sichard and Dupuits formula whilst for Source protection zones, Darcy and the volumetric equation was used. Results of hydraulic conductivity estimated from pumping test data for the five major rock types showed a trimodal distribution (E-5, E-6 and E-7 m/s). There was a general trend of decreasing hydraulic conductivity to decreasing transmissivity. Results of plots of specific capacity verses hydraulic conductivity shows that only rock types with hydraulic conductivity greater than E-5 m/s yields sustainable groundwater supply. Three aquifer types were encountered in the study areas which were pore aquifers in shallow or alluvial, regolith and fracture aquifers in bedrocks. High hydraulic conductivity from the different rock types corresponds to higher ROI. The results of hydraulic conductivity, specific capacity, ROI and SPZ are used as input parameters for the estimation of the suitability of a groundwater source. A ranking matrix was developed for easy interpretation of hydrogeological data by combining the results of the input parameters into a single score. Results from the ranking matrix were used to determine specific regulations for the various aquifers in the study areas. Within the fractured crystalline rocks with k ≥E-5m/s siting of wells should target fracture zones whilst pumping during abstraction phase can exceed 15m3/s/m. The intermediate source protection zone should be at least 150m. Conclusions from the study could be applied in other areas of Ghana and be implemented during the initial development, abstraction and groundwater policy phases of other groundwater projects. N2 - Grundwasser ist im subsaharischen Afrika eine wichtige Ressource für die Bereitstellung von Wasser in privaten Haushalten, Industrie, Bergbau und zur Bewässerung in der Landwirtschaft. In Ghana sind die Grundwassermaßnahmen vorrangig zum Zweck der Trinkwasserbereitstellung eingesetzt worden. Um jedoch Nachhaltigkeit zu gewährleisten, muss auf langfristiger Sicht ein Grundwasser-Management-System eingerichtet werden. Eine mögliche Herangehensweise zum Ressourcenschutz kann die Festlegung von Schutzzonen sein. Ziel der Arbeit ist es, unter Beachtung der naturräumlichen Bedingungen des Landes sowie des hydrogeologischen Kenntnisstandes dafür die wissenschaftlichen Grundlagen zu erarbeiten. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden die Untersuchungen auf drei Schwerpunkte ausgerichtet, erstens die Verfügbarkeit der Grundwasserressourcen, zweitens ihre Anfälligkeit (Vulnerabilität) gegenüber Kontamination und drittens die Erarbeitung eines analytischen Modells für die Ausweisung von Schutzzonen. Die Regionen Adansi, Lawra, Sunyani und Sekyere West wurden als Untersuchungsgebiete ausgewählt, um die Hypothese dieser Arbeit anzuwenden. Detailliertere Untersuchungen erfolgten dabei in Adansi. Ziel war es, allgemeingültige Erkenntnisse aus dem Untersuchungsgebiet für die Ausweisung von Schutzzonen für die Grundwasserleiter Granit, Phyllit, Schiefer, Sandstein sowie Verwitterungsgesteine zu ermitteln und Empfehlungen für erlaubte und verbotene Aktivitäten innerhalb der Schutzzonen zu formulieren. Die verfügbare Menge an Grundwasser eines bestimmten Brunnens wurde über die hydraulische Leitfähigkeit und die spezifische Brunnenleistung ermittelt. Zur Lokalisierung des verfügbaren Grundwassers wurden die Ergebnisse der hydraulischen Leitfähigkeit und der spezifischen Brunnenleistung mit der geotektonischen Karte verglichen. Zur Bestimmung der Anfälligkeit des verfügbaren Grundwassers wurde der Einflussradius der Brunnen mit Hilfe der Formeln von Sichard und Dupuit errechnet. Die Ausweisung der Schutzzonen erfolgte nach Darcy- bzw. der Volumenstromberechnung. Die Ergebnisse der hydraulischen Leitfähigkeit, welche aus Pumpversuchen innerhalb der verschiedenen Gesteinstypen ermittelt wurden, ergaben eine trimodale Verteilung (E-5, E-6 und E-7 m/s). Es zeigte sich eine Tendenz von abnehmender hydraulischer Leitfähigkeit mit abnehmender spezifischer Brunnenleistung und verminderter Transmissivität. Die Ergebnisse aus den Abhängigkeitsdiagrammen der spezifischen Brunnenleistung aufgetragen gegen den Durchlässigkeitsbeiwert zeigen, dass nur Gesteine mit einer hydraulischen Leitfähigkeit größer als E-5 m/s nachhaltig Grundwasser spenden können. Drei Grundwasserleitertypen wurden im Untersuchungsgebiet angetroffen, nämlich Porengrundwasserleiter in fluviatilen Ablagerungen, im Regolith und Kluftaquifere im Festgestein. Hohe hydraulische Leitfähigkeiten korrespondieren mit größeren Einflussradien und umgekehrt. Die Ergebnisse der hydraulischen Leitfähigkeit, der spezifischen Brunnenleistung, den Einflussradien und der berechneten Schutzzonen wurden als Inputparameter zur Abschätzung der Eignung einer Grundwasser-Quelle verwendet. Eine Ranking-Matrix wurde entwickelt, um die Interpretation der geologischen Daten zu erleichtern. Dabei wurden die Inputparameter in eine einzige Score kombiniert. Die Ergebnisse aus der Ranking-Matrix wurden verwendet, um spezifische Regelungen für die verschiedenen Grundwasserleitertypen abzuleiten. Beispielsweise sollten innerhalb gebrochener Gesteine Brunnenstandorte mit k ≥ E-5 m/s in Störungszonen anvisiert werden. Die spezifische Brunnenleistung kann in der Gewinnungsphase mit 15m3/s/m kalkuliert werden. Der intermediäre Schutzzonenbereich sollte mindestens 150 m betragen. Die Erkenntnisse dieser Studie können in anderen hydrogeologischen Bereichen Ghanas angewendet werden und während der Erkundungs- und Gewinnungsphase sowie bei der Erstellung von Richtlinien zum Einsatz kommen. KW - Ghan KW - Grundwasser KW - Wasserwirtschaft KW - Umweltschutz KW - Gewässerschutz KW - Grundwasser KW - Umweltschutz KW - Gefährdung KW - Verfügbarkeit KW - Ghana KW - Groundwater KW - Protection KW - Vulnerability KW - Availability KW - Ghana Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-26707 ER - TY - CHAP A1 - Ascheid, Gerd A1 - Wang, Gaojian A1 - Birke, Sebastian A1 - Wehn, Norbert A1 - Herrmann, Matthias A1 - Wang, Yanlu A1 - Hanay, Oner A1 - Bayram, Erkan A1 - Negra, Renato T1 - LP100 : optimization of 100 Gb/s short range wireless transceivers under processing energy constraints T1 - LP100 : Optimierung eines 100-Gb/s-Kurzreichweiten-Funk-Transceivers unter Prozess-Energie-Bedingungen T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - Short range wireless transceiver KW - Kurzreichweiten-Funk-Transceiver KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5906 SP - 1 EP - 35 ER - TY - THES A1 - Asegehegn, Teklay Weldeabzgi T1 - Investigation of bubble hydrodynamics in gas-solid fluidized beds containing immersed horizontal tube banks for lignite drying application T1 - Untersuchung der Blasenhydrodynamik in Gas-Feststoff-Wirbelschichten mit eingetauchten, horizontalen Rohrbündeln zur Anwendung der Braunkohletrocknung N2 - In bubbling fluidized beds, bubble characteristics such as size, shape and velocity have a vital influence on the hydrodynamics of the bed and hence on its performance as a chemical reactor and/or a heat exchange unit. In many industrial applications such as lignite dryer heat transfer tubes are usually inserted to enhance the rate of heat and mass transfer and chemical conversion. However, their presence strongly influences the bubbling behavior of the beds. Therefore, reliable design and scale-up of these systems come only after fundamental understanding of the bubbling behavior is achieved. Therefore, in this research work the influences of tube bank geometries and particle size on bubble characteristics were thoroughly investigated. In this research work, both numerical and experimental studies were employed. For the experimental measurements, a new nonintrusive digital image analysis technique was developed. The technique allowed for the simultaneous measurements of bed expansion and various bubble properties. An in-house software was developed to fully automate the image acquisition and data processing procedure. For the numerical studies, the Eulerian-Eulerian two-fluid model based on the kinetic theory of granular flow was used. Though, this CFD model has been considered as a fundamental tool for modeling gas-solid fluidized beds, its quantitative validation remains insufficient for a wide range of reactor geometries and operating conditions. Therefore, in this work validation of the model using experimental measurements of bed expansion and bubble properties obtained from a pseudo-two-dimensional fluidized bed was performed. The influence of two-dimensional simulations and different modeling parameters such as the friction packing limit, drag model and solid-wall boundary conditions were investigated. The two-fluid model generally showed reasonable agreement with the experimental measurements of pressure drop, bed expansion and bubble properties in bubbling regime. However, as the gas superficial velocity is increased and the bed moved towards slugging and turbulent regimes a big deviation arose and the two-fluid model failed to predict reasonably the fluidized bed hydrodynamics for the freely bubbling bed. The mean bubble properties predicted by two-dimensional simulations were in reasonable agreement with experiments at lower superficial velocities. They deviated at higher bed height and this was more pronounced at higher gas superficial velocities. The results from three-dimensional simulations were in better agreement with the experimental measurements; however, the computational effort need was very high making them impractical for parametric studies and sensitivity analyses. It was also showed that the choice of friction packing limits, drag laws and specularity coefficients have little influence on the bubble properties. For a bubbling bed, both experimental measurements and numerical simulations showed that inserting horizontal tube banks had either no or marginal influence on the static bed pressure drop and bed expansion. On the other hand, bubble hydrodynamics were strongly influenced and controlled by the geometry of the immersed tubes. In freely bubbling fluidized beds bubble size as well as rise velocity increased with bed height and superficial velocity. In beds with immersed tubes, such general trends were completely disturbed. Tubes appeared to restrict rapidly growing bubbles. As a result the mean bubble diameter and rise velocity were lower in the vicinity of the tube banks than in the freely bubbling bed. Results from different particle sizes showed that in a freely bubbling bed increasing the mean particle size increased the bubble diameter and rise velocity as well as bed expansion. In fluidized beds with dense horizontal tubes on the other hand, the mean bubble properties were almost independent of the particle sizes. N2 - In blasenbildenden Wirbelschichten haben die Eigenschaften der Blasen wie Größe, Form und Geschwindigkeit einen grundlegenden Einfluss auf die Hydrodynamik der Wirbelschicht und damit auf die Leistungsfähigkeit als verfahrenstechnischer Reaktor und/oder Wärmeübertragungseinheit. In vielen industriellen Anwendungen, wie der Trocknung von Braunkohle, werden Rohre eingebracht, um die Wärme- und Stoffübertragung sowie chemische Umwandlungen zu verbessern. Ihre Anwesenheit beeinflusst das Verhalten der Blasen stark. Daher kann eine zuverlässige Auslegung und ein Scale-up dieser Systeme nur mit einem grundlegenden Verständnis des Blasenverhaltens erreicht werden. In dieser Forschungsarbeit wurde der Einfluss der Rohranordnungen und Partikelgröße auf die Blaseneigenschaften untersucht. Zu diesem Zweck wurden sowohl numerische als auch experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Für die experimentellen Messungen wurde eine neuartige, nicht-intrusive Bildanalysetechnik entwickelt. Sie erlaubt eine simultane Messung der Wirbelschichtausdehnung und verschiedener Blaseneigenschaften. Um die Bildverarbeitung und -analyse vollständig zu automatisieren, wurde eigens eine Software entwickelt. Für die numerischen Untersuchungen wurde das Euler-Euler Two-Fluid Model basierend auf der Kinetic Theory of Granular Flow angewendet. Dieses CFD-Modell wird als grundlegendes Hilfsmittel zur Modellierung von Gas-Feststoff-Wirbelschichten angesehen und wurde in den letzten Jahrzehnten intensiv angewendet. Dennoch ist seine Validierung für einen weiten Bereich von Reaktorgeometrien und Betriebsbedingungen unzureichend. In dieser Arbeit wurde die Validierung des Modells mittels experimenteller Messungen von Wirbelschichtausdehnung und Blaseneigenschaften in einer quasi-2D Wirbelschicht durchgeführt. Der Einfluss zweidimensionaler Simulation und verschiedener Parameter wie dem Reibungspackungslimit, dem Widerstandsmodell und der Partikel-Wand-Randbedingungen wurde untersucht. Das Two-Fluid Model zeigt im Allgemeinen eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Messungen von Druckverlust, Wirbelschichtausdehnung und Blaseneigenschaften im blasenbildenden Regime. Bei höheren Geschwindigkeiten, wenn sich die Wirbelschicht im stoßenden oder turbulenten Regime befindet, stiegen allerdings die Abweichungen an und das Two-Fluid Model konnte die Wirbelschichthydrodynamik für freie Wirbelschichten nicht mehr zuverlässig berechnen. Die von zweidimensionalen Simulationen ermittelten mittleren Blaseneigenschaften waren für niedrigere Leerrohrgeschwindigkeiten in guter Übereinstimmung mit dem Experiment. Sie wichen in größerer Höhe und insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten zunehmend davon ab. Obwohl die Ergebnisse dreidimensionaler Simulationen besser mit den experimentellen Messungen übereinstimmten, machte der extrem hohe Rechenaufwand diese für parametrische Studien und Sensitivitätsanalysen unmöglich. Es zeigte sich ebenfalls, dass die Wahl des Reibungspackungslimits, Widerstandsmodells und Reflektionskoeffizienten nur einen geringen Einfluss auf die Blaseneigenschaften hat. Für blasenbildende Wirbelschichten zeigten experimentelle Messungen und numerische Simulationen, dass eingetauchte horizontale Rohrbündel keinen oder nur einen marginalen Einfluss auf den Druckverlust und die Wirbelschichtausdehnung haben. Die Blasenhydrodynamik wurde demgegenüber stark von der Anordnung der eingetauchten Rohre beeinflusst und bestimmt. In freien, blasenbildenden Wirbelschichten stieg die Blasengröße und -geschwindigkeit mit zunehmender Höhe und Leerrohrgeschwindigkeit an. In Wirbelschichten mit eingetauchten Rohren wurden solche generellen Trends gestört. Die Rohre beschränken ein schnelles Wachsen der Blasen. Als Folge daraus waren die mittleren Blasengrößen und -geschwindigkeiten in der Nähe der Rohrbündel geringer als in freien blasenbildenden Wirbelschichten. Ergebnisse von unterschiedlichen Partikelgrößen zeigten, dass Blasengröße, -aufstiegsgeschwindigkeit und Wirbelschichtausdehnung in freien Wirbelschichten mit zunehmender mittlerer Partikelgröße ansteigen. In Wirbelschichten mit dicht gepackten horizontalen Rohren waren die mittleren Blaseneigenschaften demgegenüber nahezu unabhängig von den Partikelgrößen. KW - Wirbelschicht KW - Blase KW - Hydrodynamik KW - Zweiphasenströmung KW - Bildanalyse KW - Wirbelschicht KW - Blasenhydrodynamik KW - Eingetauchte horizontale Rohre KW - Two-Fluid Model KW - Automatisierte Bildanalyse KW - Fluidized Beds KW - Bubble Hydrodynamics KW - Immersed Horizontal Tubes KW - Two-Fluid Model KW - Digital Image Analysis Technique Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-23578 ER - TY - JOUR A1 - Asli, Majid A1 - Kim, Dongsuk A1 - Höschler, Klaus T1 - On the potentials of the integration of pressure gain combustion with a hybrid electric propulsion system T1 - Über die Möglichkeiten der Integration der Druckverstärkungsverbrennung in ein hybrides elektrisches Antriebssystem N2 - As the issue of pollutant emissions from aviation propulsion escalates, research into alternative powertrains is gaining momentum. Two promising technologies are the Hybrid Electric Propulsion System (HEPS) and Pressure Gain Combustion (PGC). HEPS is expected to reduce pollutant emissions by decreasing fuel consumption, whereas PGC uses detonation in the combustor to increase the thermal efficiency of engines by elevating the total pressure during combustion. This study extensively explores the integration of these two emerging technologies, thoroughly assessing the advantages that arise from their combination. First, the renowned turboprop engine PW127 is benchmarked and modeled using Gasturb software. The model is integrated into Simulink using the T-MATS tool, with HEPS and pressure gain components added to analyze the thermodynamics of various configurations under different pressure gain values and HEPS parameters. The analysis, conducted up to the cruise phase of the baseline aircraft, reveals that applying pressure gain combustion through Rotating Detonation Combustion (RDC) results in a more significant increase in efficiency and decrease in fuel consumption compared to HEPS with conventional gas turbines. However, HEPS helps maintain a more uniform combustor inlet condition and reduces the Turbine Inlet Temperature (TIT) at the takeoff phase, where the highest TIT otherwise occurs. The results suggest that integrating HEPS with PGC can be beneficial in maintaining optimal combustor conditions and mitigating turbine efficiency degradation. N2 - Da das Problem der Schadstoffemissionen von Flugantrieben eskaliert, gewinnt die Forschung an alternativen Antriebssträngen zunehmend an Dynamik. Zwei vielversprechende Technologien sind das Hybrid Electric Propulsion System (HEPS) und die Pressure Gain Combustion (PGC). Es wird erwartet, dass HEPS die Schadstoffemissionen durch einen geringeren Kraftstoffverbrauch reduziert, während PGC die Detonation in der Brennkammer nutzt, um den thermischen Wirkungsgrad von Motoren durch Erhöhung des Gesamtdrucks während der Verbrennung zu erhöhen. Diese Studie untersucht ausführlich die Integration dieser beiden neuen Technologien und bewertet gründlich die Vorteile, die sich aus ihrer Kombination ergeben. Zunächst wird das renommierte Turboprop-Triebwerk PW127 mithilfe der Gasturb-Software einem Benchmarking unterzogen und modelliert. Das Modell wird mit dem T-MATS-Tool in Simulink integriert, wobei HEPS- und Druckverstärkungskomponenten hinzugefügt werden, um die Thermodynamik verschiedener Konfigurationen unter verschiedenen Druckverstärkungswerten und HEPS-Parametern zu analysieren. Die Analyse, die bis zur Reiseflugphase des Basisflugzeugs durchgeführt wurde, zeigt, dass die Anwendung der Druckverstärkungsverbrennung durch Rotating Detonation Combustion (RDC) im Vergleich zu HEPS mit herkömmlichen Gasturbinen zu einer deutlicheren Effizienzsteigerung und Reduzierung des Treibstoffverbrauchs führt. HEPS trägt jedoch dazu bei, einen gleichmäßigeren Brennkammereinlasszustand aufrechtzuerhalten und reduziert die Turbineneinlasstemperatur (TIT) in der Startphase, wo sonst die höchste TIT auftritt. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Integration von HEPS mit PGC dazu beitragen kann, optimale Brennkammerbedingungen aufrechtzuerhalten und die Verschlechterung der Turbineneffizienz abzumildern. KW - Pressure gain combustion KW - Hybrid electric propulsion KW - Rotating detonation combustion KW - Druckverstärkungsverbrennung KW - Rotierende Detonationsverbrennung KW - Hybrid-Elektroantrieb KW - Propeller-Turbinen-Luftstrahltriebwerk KW - Hybridantrieb KW - Verbrennung KW - Schadstoffemission KW - Emissionsverringerung Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3390/aerospace10080710 ER - TY - JOUR A1 - Asli, Majid A1 - Mhgoub, Mosaab A1 - Klaus, Höschler T1 - Numerical investigation of a turbine working with a highly unsteady exhaust flow of a hydrogen-driven rotating detonation combustion JF - International Journal of Thermofluids N2 - Traditionally, turbomachines are designed for steady-state operations around which they achieve optimal performance and efficiency. However, in novel applications, a turbomachine may be exposed to unsteady flow forcing the machine to operate under fluctuating off design conditions. Pressure Gain Combustion (PGC) through detonation can be an extreme example of unsteady flow which affects the turbine performance adversely. The efficient way of energy extraction from PGCs is still an open question which needs extensive turbine design optimizations for such unsteady flow. Any flow field optimization problem in such applications needs a multitude of simulations, which can be too computationally expensive to be utilized as it is realized as an unsteady 3D-CFD problem. In this regard, the current study aims at proposing and evaluating an approach for optimizing a turbine working under highly unsteady exhaust flow of a Rotating Detonation Combustion (RDC). A two stage turbine is placed downstream an RDC and the turbine inlet condition is calculated by a 2D-Euler simulation tool. A turbine optimization problem is defined and three optimization processes with an objective of minimizing entropy are performed using steady-state 3D-CFD simulation as the objective function evaluator. The turbine inlet boundary conditions in the three optimization efforts include peak, mean and trough values of the RDC outlet pulsating flow condition. Finally, detailed unsteady simulations are carried out for the three new geometries and compared with the baseline turbine. The results showed that the steady-state Reynolds Averaged Navier Stocks (RANS) simulations can be utilized using either mean or trough values of the pulsating boundary condition in iterating a design optimization problem, instead of full unsteady RANS simulations applying time and circumferential location dependent boundary conditions. Given the specific RDC boundary condition and the turbine geometry in this study, the optimized turbine exhibited up to 7.71% less entropy generation and up to 7% higher output power compared to the baseline counterpart in unsteady operation. This approach enables a more efficient design optimization process while accounting for the complex dynamics of the RDC exhaust flow. Overall, the approach presented in this paper is practical for optimizing highly unsteady turbomachines specifically for the case of RDCs during any early design optimization procedure, addressing the computational challenges associated with simulating unsteady flows while ensuring the turbine’s effectiveness under real operating conditions. KW - Unsteady turbine KW - Entropy generation KW - Rotating detonation KW - Optimization KW - Computational fluid dynamic Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ijft.2025.101356 SN - 2666-2027 VL - 29 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - THES A1 - Asong, Fred Zisuh T1 - Recycling and material recovery in Cameroon: Implications for poverty alleviation and ecological sustainability T1 - Recycling und Wiederverwertung in Kamerun: Auswirkungen auf die Armutsbekämpfung und ökologische Nachhaltigkeit N2 - Recycling and material recovery are gaining more grounds in applicability as viable options to sustainable solid waste management especially in Municipal Solid Waste Management (MSWM) schemes. In this dissertation a critical analyzes is made of the MSWM problem in Cameroon and an assessment of the role Small- and Medium-Size Enterprises have been playing in the area of recycling and material recovery. The main research methods applied in this research include: fieldwork, administration of questionnaires, interview and literature review. Using two case study localities (Limbe and Buea municipalities), the various practices in MSWM are elaborated, the constraints and challenges faced by management discussed and proposals for either expanding/upgrading existing schemes to be more sustainable as well as strategies to initiate new systems presented. Innovations within collection systems such as the introduction of household bins and specialized collection of specific waste could be quite beneficial to existing schemes. Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) which constitute one of the fastest growing waste streams presents greater management challenges. Two case study localities (Buea and Kumba) are used to analyze the problem of WEEE in Cameroon. An overview of the handling of Electrical and Electronic Equipment (EEE) at end-of-life (EoL) in Cameroon is made with special focus on households and repair units. At household level, WEEE is disposed of alongside other waste arisings in the available disposal facilities for given household. Repair units represent a very vital connection between dysfunctional EEE and EoL forms as all users of EEE tend to bring these devices to these units for repairs. An inventory of the various EEE at repair units for these two localities shows that above 40% percent of such equipments are totally out of use. In Kumba, Classes 1 and 4 EEE (according to EU WEEE directive classification) dominate while class 3 is almost absent. In Buea, Class 3 and 4 are dominant. These results show that socio-cultural, economic and even climatic factors influence the choice of EEE that people in this area acquire. The intense level of repair activities and recovery of useful parts by repair units show that there exist adaptable options to handle WEEE in especially economically and environmentally beneficial ways. The recycling of aluminum for production of household utensils represents a very basic and adaptive industrial set-up, which can easily be operated and run at very cheap cost and with a little manpower. While this venture seems apparently successful in economic terms as an option to poverty alleviation through income generation, it is plagued by some problems which, if given due consideration will render it a prospective option for poverty alleviation (through small enterprise business development) and environmental sustainability (as an option to sustainable MSWM). In this dissertation, a model is thus presented, which can be utilized by stakeholders to improve on the sector. An assessment of efforts and constraints to implementing comprehensive recycling and recovery schemes in Cameroon was also carried out. Results show that there are existing practices on which comprehensive recycling and recovery can be built upon that would be beneficial to both councils and engaged schemes – mostly SMEs and NGOs. The challenges faced and likely to be faced and the way forward to implementing any broad scale recovery and recycling are presented. If municipal councils choose to operate existing MSWM schemes without significant changes, then collective collaboration will be highly required. Such collaboration will present benefits to both waste collection and disposal. On the other hand, if they wish to expand schemes or create new schemes, adaptive innovation would be highly recommended. Such adaptive innovation would have to incorporate local practices and approaches of MSWM as well as socio-economic considerations so as to ensure new or expanded schemes survive within local socio-economic context. A greater challenge in enhancing recycling and material recovery in particular and MSWM in general, in Cameroon is on the role the government takes on designing appropriate policies and legislative frameworks to cover such activities in economically and ecological beneficial ways. In the absence of these, SMEs, councils and NGOs (working in partnership with other specialized groups) concerned with activities related to recycling and material recovery may be left with the option of regulating activities within their sectors as such activities stand to alleviate poverty and also present ecological benefits. N2 - Recycling und Wiederwertung gewinnen bei der Realisierung einer nachhaltigen Abfallwirtschaft insbesondere in Systemen für ein kommunales Abfallmanagement kontinuierlich an Bedeutung. In dierser Dissertation ist eine kritische Untersuchung dieser Problematik in Kamerun durchgeführt worden und eine Beurteilung, welche Rolle kleine und mittelständische Unternehmen bei Recycling und Wiederverwertung gespielt haben. Als wesentliche Untersuchungsmethoden sind Feldstudien, die Auswertung von Fragebögen, Interviews und Literaturauswertung zum Einsatz gekommen. Am Beispiel von zwei Fallstudien (der Gemeinde Limbe und Buea) werden die unterschiedlichen Praktiken herausgearbeitet, die Hemmnisse und Heausforderungen mit dem Management diskutiert und Vorschläge für einen Ausbau bzw. eine Verbesserung der existierenden Maßnahmen in Richtung stärkere Nachhaltigkeit sowie Strategien zur Initiierung neuer Systeme präsentiert. Innovationen bei Sammelsyste-men wie der Einführung von Hausmülltonen und getrennten Sammlung von besonderen Wertstoffen, können die bestehenden Maßnahmen ergänzen und die aktuellen Systeme verbessern. Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE, Elektro-Altgeräte) ist einer der am schnellsten wachsenden Zweige des Abfallaufkommens und stellen eine besonders hohe Herausforderung an das Management dar. Zwei Fallstudien (Buea und Kumba) werden herangezogen, um die Problematik des WEEE in Kamerun zu untersuchen. Es wird ein Überblick über die Handhabung von elektrischen und elektronischen Geräten in Kamerun am Ende des Lebenszyklus gegeben, der einen speziellen Fokus auf Haushalte und Reparaturwerkstätten hat. Elektroaltgeräte aus Haushaltungen, werden WEEE neben anderem Müllaufkommen in den verfügbaren Entsorgungeinrichtungen eingesammelt. Reparaturwerkstätten spielen eine entscheidende Rolle bei der Verlägerung des Lebens von Elektrogeräten, da diese häufig vor einer Entsorgung in die Werkstatt zu einer Reparatur abgegeben werden. Der Bestand dieser verschiedenen Elektrogeräte in den Reparaturwerkstätten dieser beiden Gemeinden zeigt, dass über 40% dieser Geräte veraltet sind. In Kumba dominierten die Klassen 1 und 4 (nach EU Klassifikation), während die Klasse 3 nahezu nicht vorhanden war. In Buea herrschen dagegen die Klassen 3 und 4 vor. Die Ergebnisse zeigen, dass das sozio-ökonomische Umfeld und sogar klimatische Faktoren das Anschaffungsverhalten von Elektrogeräten in einer Region beinflussen können. Der hohe Grad an Reparaturaktivitäten und die Rückgewinnung von Bauteilen durch die Reparaturwerkstätten zeigt, dass anpassungsfähige Optionen zum Umgang mit Elektrogeräten insbesondere unter ökonomisch und ökologisch sinnvollen Gesichtspunkten vorhanden sind. Das Recycling von Aluminium zur Herstellung von Haushaltswaren erfordert ein eifaches und anpassungsfähiges System, welches einfach und kostengünstig betrieben werden kann und nur wenig Personal benötigt. Während dieses Vorhaben unter ökonomischen Anforderungen als eine Option zur Verminderung der Armut aufgund der Einkommenserzielung offensichtlich erfolgreich scheint, treten auch Probleme auf, die allerdings bei entsprechender Berücksichtigung zukünftig die Grundlage zur Verminderung der Armut (aufgrund der Entwicklung von Kleinunternehmen) und für ökologische Nachhaltigkeit liefern. In dieser Dissertation, wird ein Modell aufgezeigt, das von Interessengruppen für Verbesserungen in diesem Beriech genutzt werden kann Eine Beurteilung der vorhandenen Anstrengungen und Hemmnisse, flächendeckende Recycling- und Verwertungssysteme in Kamerun einzuführen, wurde ebenfalls durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass es bestehende Methoden gibt, auf denen flächendeckende Recycling- und Verwertungssysteme mit einem Nutzen für Gemeinden und den engagierten Beteiligten - vorzugsweise kleine und mittelständische Unternehmen oder nichtstaatliche Einrichtungen (NGO) aufgesetzt werden können. Die sich stellenden Herausforderungen und der Weg, eine breite Wiederverwertung und ein hohes Recycling einzuführen, sind entsprechend dargelegt worden. Sofern sich Gemeinden entscheiden, die vorhandenen Systeme ohne signifikante Änderungen zu betreiben, ist eine Abstimmung und Zusammenarbeit unbedingt erforderlich. Eine derartige Zusammenarbeit wird Vorteile sowohl bei der Müllsammlung als auch bei der Müllentsorgung liefern. Sofern ein Ausbau der bestehenden Systeme oder die Einführung eines neuen Systems angestrebt wird, sind anpassungsfähige und flexible Innovationen nötig. Derartig flexible Systeme sollten lokale Ansätze für ein kommunales Abfallmanagement sowie die sozio-ökonomischen Rahmenbedingungen berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die neuen oder erweiterten Systeme im lokalen, sozio-ökonomischen Umfeld bestehen. Eine hohe Herausforderung zur Verbesserung von Recycling und Wiederverwertung im speziellen und kommunales Abfallmanagement im allgemeinen wird in Kamerun an die öffentliche Verwaltung gestellt, die angemessene Richtlinien und den gesetzlichen Rahmen für derartige Aktivitäten unter Berücksichtigung vom ökonomischen und ökologischen Nutzen geben muss. Beim Ausbleiben dieser regulatorischen Grundlagen, werden SME´s, Gemeinden und NGO´s (in Zusammenarbeit mit weiteren, spezialisierten Gruppen), die sich mit Aktivitäten in Bezug auf Recycling und Wiederverwertung beschäftigen, allein gelassen, wobei diese innerhalb des Sektors bei der Verringerung der Armut unterstützen können und auch noch ökologische Vorteile erbringen können. KW - Kamerun KW - Armut KW - Recycling KW - Nachhaltige Entwicklung KW - Abfallwirtschaft KW - Recycling KW - Wiederverwertung KW - Armut KW - Nachhaltigkeit KW - Kamerun KW - Recycling KW - Recovery KW - Poverty KW - Sustainability KW - Cameroon Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-18979 ER - TY - THES A1 - Assaf, George T1 - Fuzzy coloured Petri nets for modelling biological systems with uncertain kinetic parameters T1 - Fuzzy-farbige Petri-Netze für die Modellierung biologischer Systeme mit unsicheren kinetischen Parametern N2 - Over the last twenty years, Petri nets have been increasingly adopted for modelling and simulating biological systems, as they offer an intuitive and graphical approach for this purpose. Their usability convenience comes from the fact that they offer many types of elements to describe systems in a qualitative and quantitative way. Coloured Petri nets are particularly useful to model systems with repeated components in a compact fashion. Our tool Snoopy for modelling and simulating Petri nets is one of the most well-known tools supporting a family of related Petri net classes comprising stochastic, continuous and hybrid Petri nets, and covering uncoloured and coloured Petri nets alike. However, kinetic information of a biological system, i.e. kinetic parameters may be uncertain, due to many reasons, e.g. environmental factors. Besides, coloured Petri nets as they were previously supported in Snoopy suffered from some inconsistencies. Due to these inconsistencies, exploring the model behaviour using different sizes (scaleability) was not feasible. Both challenges call for a new and more powerful approach integrating the modelling of uncertainties together with modelling features supporting repeated structures in a compact and scalable way. This thesis comprises two major contributions: Firstly, we introduce the definition and present the simulation algorithm for both uncoloured and coloured fuzzy Petri nets, by extending the existing quantitative uncoloured and coloured Petri nets in Snoopy. This includes discretising the uncertain kinetic parameters to crisp values by using sampling strategies. Secondly, we harmonise coloured Petri nets in Snoopy with their uncoloured counterparts and we extend the Snoopy’s coloured Petri nets by all the features, which are supported by the coloured abstract net description language - an exchange format of coloured Petri nets in our PetriNuts tool family. By performing fuzzy simulation, one can obtain two kinds of output: fuzzy bands of each output variable and their corresponding timed-membership functions. Each fuzzy band describes the uncertainties associated with the input, whereas membership functions give more accurate information about the associated uncertainties. The most important features that we obtain by harmonising coloured Petri nets are to develop scaleable models, by defining scaling factors as constants and unifying the usage of coloured Petri nets with the other tools in our PetriNuts tool family. N2 - In den letzten zwanzig Jahren wurden Petri-Netze zunehmend für die Modellierung und Simulation von biologischen Systemen eingesetzt. Sie bieten dafür sowohl eine qualitative als auch quantitative Modellierungsmethode an. Farbige Petri-Netze sind nützlich für die Modellierung von Systemen mit sich wiederholenden Komponenten. Snoopy ist eines der bekanntesten Werkzeuge, das eine Familie von Petri-Netzen unterstützt, darunter sowohl ungefärbte als auch gefärbte stochastische, kontinuierliche und hybride Petri-Netze. In dieser Dissertation werden zwei Themen behandelt. Einerseits können Biologische Systeme aus vielen Gründen unbestimmt sein, zum Beispiel aus Umweltgründen, anderereseits hatten farbige Petri-Netze in Snoopy Inkonsistenzen, die den Bau skalierbarer Modelle verhindern. Die Ergebnisse der Fuzzy-Simulation sind sowohl das Fuzzy-Band jeder interessierenden Variablen als auch zeitliche Zugehörigkeitsfunktionen für jede Variable, damit man die Unsicherheiten erforschen kann, die mit der Eingabe verbunden sind. Durch die Harmonisierung von farbigen Petri-Netzen können wir skalierbare Modelle konstruieren und dann das Verhalten des Modells mit verschiedenen Größen des vorliegenden Modells untersuchen. KW - Uncertain biological systems KW - Petri nets KW - Fuzzy logic KW - Colouring fuzziness KW - Software harmonisation KW - Unbestimmte Systembiologie KW - Modellierung KW - Petri-Netze KW - Software Hamonisierung KW - Simulation KW - Gefärbtes Petri-Netz KW - Systembiologie KW - Fuzzy-Logik Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58516 ER - TY - JOUR A1 - Assafo, Maryam A1 - Langendörfer, Peter T1 - Tool remaining useful life prediction using feature extraction and machine learning-based sensor fusion JF - Results in Engineering N2 - Tool remaining useful life prediction (RUL) is a critical task for predictive maintenance in manufacturing. Common limitations of existing data-driven solutions include: 1) Dependence on tool wear labels which are intricate to obtain on shop floors. 2) High resource requirements, affecting applicability on resource-constrained Internet-of-things devices. 3) Heavy feature engineering. To address these limitations, we present a methodology aiming at accurately predicting RUL without using wear labels, while ensuring implementation efficiency and minimal feature engineering. It involves extracting time-domain features and multiscale features using maximal overlap discrete wavelet transform (MODWT) from three cutting-force sensor signals. Without undergoing any feature selection or dimensionality reduction, the features are fed to machine learning (ML) regression models where they are fused into an RUL decision. For this purpose, one-to-one and sequence-to-sequence regression using random forest (RF) and different long short-term memory (LSTM) networks were used, respectively. The 2010 PHM Data Challenge milling dataset was used for validation. The results highlighted the significant role of sensor fusion in reducing prediction errors and increasing the performance consistency over three test cutters, compared to single sensors. Global interpretations were provided using RF-based feature importance analysis. Our methodology was compared with six existing state-of-the-art works, including different end-to-end deep learning (DL) models using raw data as input, and works coupling heavy feature engineering with DL. The results showed that our methodology consistently outperformed all the comparative methods over the test cutters, despite using fewer sensors, which further proves its competitiveness and suitability in resource- and sensor-constrained environments. KW - Cutting tool KW - Data-driven models KW - Feature extraction KW - Machine learning KW - Predictive maintenance Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.107297 SN - 2590-1230 VL - 28 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - RPRT A1 - Auer, Peter A1 - Dósa, György A1 - Dulai, Tibor A1 - Fügenschuh, Armin A1 - Näser, Peggy A1 - Ortner, Ronald A1 - Werner-Stark, Ágnes ED - Fügenschuh, Armin T1 - A new heuristic and an exact approach for a production planning problem N2 - We deal with a very complex and hard scheduling problem. Several types of products are processed by a heterogeneous resource set, where resources have different operating capabilities and setup times are considered. The processing of the products follows different workflows, allowing also assembly lines. The goal is to process all products in minimum time, i.e., the makespan is to be minimized. Because of the complexity of the problem an exact solver would require too much running time. We propose a compound method where a heuristic is combined with an exact solver. Our proposed heuristic is composed of several phases applying different smart strategies. In order to reduce the computational complexity of the exact approach, we exploit the makespan determined by the heuristic as an upper bound for the time horizon, which has a direct in uence on the instance size used in the exact approach. We demonstrate the efficiency of our combined method on multiple problem classes. With the help of the heuristic the exact solver is able to obtain an optimal solution in a much shorter amount of time. N2 - Wir betrachten das folgende Planungsproblem: Verschiedene Arten von Produkten werden auf einer Menge von heterogenen Maschinen erstellt, welche unterschiedliche Betriebsarten und Umrüstzeiten haben. Die Verarbeitung der Produkte erfolgt nach unterschiedlichen Arbeitsablaufplänen, da die einzelnen Produkttypen unterschiedliche Fertigungsschritte erfordern. Das Ziel ist es, alle Produkte in minimaler Zeit herzustellen. Aufgrund der Komplexität des Problems benötigen exakte Lösungsverfahren eine recht hohe Rechenzeit. Wir schlagen eine zusammengesetzte Methode vor, bei dem eine Heuristik und ein exakter Löser kombiniert werden. Unsere vorgeschlagene Heuristik besteht aus mehreren Phasen, in denen verschiedene intelligente Strategien angewendet werden. Um die rechnerische Komplexität des exakten Ansatzes zu reduzieren, nutzen wir die durch die Heuristik bestimmte Fertigungsdauer als obere Grenze für den Zeithorizont, was einen direkten Einfluss auf die Instanzgröße des exakten Ansatzes hat. Wir demonstrieren die Effizienz unserer kombinierten Methode an einer großen Menge von Testinstanzen. Mit Hilfe der Heuristik ist der exakte Löser in der Lage, in deutlich kürzerer Zeit eine beweisbar-optimale Lösung zu bestimmen. T3 - Cottbus Mathematical Preprints - 5, 2019 KW - Production planning KW - Mixed-integer programming KW - Heuristics KW - Simulation KW - Fertigungsprogrammplanung KW - Heuristik KW - Optimierung Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48278 SN - 2627-6100 ER - TY - THES A1 - Augustin, Michael T1 - Spezifische Fehlertoleranz für kombinatorische und sequentielle Schaltungen T1 - Selective fault tolerance for combinational and sequential circuits N2 - In dieser Arbeit wird ein neues Konzept für den Entwurf fehlertoleranter digitaler Schaltungen vorgestellt. Die als spezifische Fehlertoleranz bezeichnete Entwurfsmethode erweitert den Stand der Technik um die Möglichkeit, Fehlertoleranz gezielt für gewünschte Ein- und Ausgabezuweisungen einer Schaltung bereitzustellen. Die generell sehr aufwändigen Maßnahmen zur Realisierung von Fehlertoleranz lassen sich so an die tatsächlich vorhandenen Zuverlässigkeitsanforderungen einer gegebenen Anwendung anpassen, was im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zu erheblichen Kosteneinsparungen im Hinblick auf Hardware und Stromverbrauch führt. Die Eingaben einer Schaltung werden dazu mit ihren zugehörigen Ausgaben in kritische und unkritische Signale unterteilt. Für kritische Signale wird das gleiche Maß an Fehlertoleranz bereitgestellt, wie es auch durch das Verfahren der dreifach modularen Redundanz garantiert wird. Unkritische Signale werden nicht fehlertolerant ausgelegt, da das für solche Signale nicht gefordert werden muss. Im Bezug auf kombinatorische Schaltungen wird dieses Grundprinzip auf eine beliebig wählbare Teilmenge aller möglichen Eingaben mit ihren zugehörigen Ausgaben angewendet. Die nicht zu schützenden, unkritischen Signale werden zu Optimierungszwecken genutzt. Genau diese Freiheit im Entwurfsprozess ermöglicht beim Entwurf fehlertoleranter Schaltungen signifikante Kosteneinsparungen, die bislang durch andere Verfahren nicht berücksichtigt wurden. Bei sequentiellen Schaltungen wird das Konzept auf Eingabefolgen und ihre entsprechend zugehörigen Ausgabefolgen abgebildet. Ab einem bestimmten Zustand werden in Schaltungen, die nach diesem Prinzip entworfen wurden, alle als kritisch eingestuften Eingabefolgen fehlertolerant verarbeitet, woraufhin die sequentielle Schaltung entsprechend fehlertolerante Ausgabefolgen liefert. Die Länge der kritischen Eingabefolgen und die Anzahl der Zustände, von denen aus eine fehlertolerante Verarbeitung der Eingaben gefordert wird, ist beliebig wählbar. Neben der Beschreibung des Grundkonzeptes der spezifischen Fehlertoleranz für kombinatorische und sequentielle Schaltungen beinhaltet die Arbeit Erweiterungen, mit denen sich die durch das Verfahren bereitgestellte Fehlertoleranz erhöhen lässt. Es wird zudem erläutert, wie die spezifische Fehlertoleranz ohne besonderen Aufwand mit Hilfe gängiger Werkzeuge im Schaltungsentwurf umgesetzt werden kann. Vom Entwerfer werden dazu keine speziellen Kenntnisse über das eigentliche Verfahren vorausgesetzt. Anhand experimenteller Ergebnisse wird auch gezeigt, welche Einsparungen sich durch die spezifische Fehlertoleranz im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren aus diesem Bereich ergeben. Dazu wurden verschiedene Benchmark-Schaltungen mit der spezifischen Fehlertoleranz implementiert und ihre Gesamtflächen den Flächen entsprechender Schaltungen, die nach dem Prinzip der dreifach modularen Redundanz entworfen wurden, gegenübergestellt. N2 - This thesis introduces a new concept for the design of fault-tolerant digital circuits. It is called selective fault tolerance and it improves the state of the art by providing the possibility to specifically implement fault tolerance on a selected set of signals of a given circuit. The benefit is a significant reduction in the additional cost that is usually required by conventional design methods from this field of research. Since selective fault tolerance allows to adapt the feature of fault tolerance to the real requirements of a given application, the hardware overhead and the additional power consumption of redundant components can be significantly reduced. To realize this concept, the set of input and output assignments is divided into critical and uncritical signals. Critical signals will be processed with the same degree of fault tolerance as it is done in circuits equipped with triple modular redundancy. Uncritical signals will not be implemented with fault tolerance, because the application does not require it. In case of combinational circuits, the basic concept of selective fault tolerance is applied to an arbitrarily selectable subset of all possible input assignments and their associated output assignments. The uncritical signals which do not need to be implemented with fault tolerance will be utilized for optimization purposes. This freedom in the design process allows for significant cost reduction which has not been considered previously by other methods. With respect to sequential circuits, the basic concept of selective fault tolerance is mapped to input sequences and their corresponding output sequences. Starting from a certain state, every input sequence that is classified to be critical will be processed fault-tolerantly. Thus, the corresponding output sequence is generated fault-tolerant as well. The number of states that are initial states for a critical input sequence and also the length of the sequences to be protected can be arbitrarily chosen by the designer. In addition to the basic concept of selective fault tolerance for combinational and sequential circuits, further ideas are presented which improve the fault tolerance that is provided by the proposed method. Furthermore, a technique of implementing selective fault tolerance with conventional design tools without any notable effort is introduced. To this end, the designer does not even require special knowledge about the actual algorithm of selective fault tolerance. It is sufficient that the designer combines some netlists. The experimental results that will be presented in this thesis are based on a selection of several benchmark circuits. These benchmark circuits were implemented according to the concept of selective fault tolerance for a variable number of input and output assignments and also according to the concept of triple modular redundancy. The results obtained were compared with regard to the additional hardware overhead of each method. KW - Integrierte Schaltung KW - Zuverlässigkeit KW - Fehlertoleranz KW - Fehlertoleranz KW - Dreifach modulare Redundanz KW - Flächenreduzierung KW - Digitalschaltung KW - TMR KW - Fault tolerance KW - Triple modular redundancy KW - Reduction of area KW - Digital circuit KW - TMR Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-26931 ER - TY - BOOK A1 - Autenrieth, Edmund ¬von T1 - Die statische Berechnung der Kuppelgewölbe N2 - Digitalisat von: 98-07719 - Autenrieth, Edmund ¬von: Die statische Berechnung der Kuppelgewölbe KW - Kuppel KW - Baustatik KW - Berechnung Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35646 ER - TY - THES A1 - Awemo Cheo, Adeline Abimnwi T1 - Municipal solid waste management and groundwater contamination in Limbe, Cameroon T1 - Kommunales Abfallmanagement und Grundwasserverunreinigung in Limbe, Kamerun N2 - An increase in waste production is inextricably linked to population increase and increasing civilization, and depending on the waste management approach, groundwater could be seriously affected. In Limbe, for example, waste disposal methods (sewage, littering, open dumping and burning) have led to the contamination of groundwater resources. This study aims at assessing the degree to which the Limbe waste sites conform to prescribed standards of waste site location, the extent to which the waste sites compromise or enhance groundwater protection. The study further investigates groundwater management around waste sites; investigating the factors responsible for groundwater contamination from waste sites; evaluating the extent to which past and present municipal solid waste management practices minimise or enhance groundwater contamination and suggesting possible methods (techniques) by which the existing situation can be improved. Seven groundwater samples were collected for laboratory (microbiological and physic-chemical) analyses in Cameroon and Germany. Field visits and observations made were supported by pictures and interviews. The method of waste disposal used in Limbe by LUC (until 2006) and HYSACAM (from 2006) already show negative effects on groundwater. Results of microbial analysis are higher than the standards of Cameroon, WHO and ISI 10500-91. Total Coliform showed values >1000CFU/100ml, E. coli showed up to 346CFU/100ml and others showed up to 159CFU/100ml. These excessively high values imply that water is highly contaminated biologically and so groundwater wells in Limbe are not good for human consumption. Physico-chemical analysis revealed, in most samples, values lower than the prescribed standards. However, NH4+ showed higher values in all samples (0.9mg/L-2.6mg/L). The high level of ammonium could be related to high production of sewage in households. L7 and L1 showed the lowest values, whereas, L6 showed the highest values in almost all microbial and physico-chemical parameters analysed. L6 was most contaminated with high values mostly exceeding the given limits. This dominant wetland area must be evacuated and water highly treated because it is very dangerous for human consumption. Vadose water in Limbe requires serious biological treatment and subsequent groundwater monitoring to minimise hazards. L7 and L1 have characteristics of Basalt and because of low level of contamination can be used as the base for comparison (that is natural water). Water must also be thoroughly treated for NH4 contamination. Waste disposal in Limbe is poorly practised and the site used must be changed. Improved waste management schemes like waste reduction, sorting and treatment are required before final disposal. Landfill construction with emphasis on barrier, leachate and gas collection systems will be most appropriate for waste disposal and in minimising leachate spill, and groundwater and other contamination. Geological and hydrogeological maps and investigations as well as recent climatic data are needed in order to choose an appropriate site for landfill construction. Most of all groundwater monitoring and sewage collection should be a very important consideration in the Limbe Municipality. Household dump sites must be thoroughly cleaned and the public sensitised on the importance of proper waste management to reduce groundwater contamination and its effects on man and the environment. N2 - Eine Zunahme der Abfallproduktion ist stark mit dem Bevölkerungswachstum und der Zivilisation verbunden. Das Grundwasser kann, abhängig vom Abfallwirtschaftsansatz, ernsthaft beeinträchtigt werden. In Limbe zum Beispiel haben die Abfallentsorgungsmethoden (Abwasser, Vermüllen, offene Deponierung und Verbrennen) zur Verschmutzung des Grundwassers geführt. In dieser Hinsicht untersucht die vorliegende Studie, inwieweit den Deponien in Limbe den vorgeschriebenen Vorgaben für Mülldeponien entsprechen. Dazu wird ermittelt, in welchem Umfang die Deponien den Grundwasserschutz gefährden oder verbessern. Des Weiteren untersucht die Studie auch die Grundwasserbewirtschaftung rund um die Deponien. Die Untersuchung der Faktoren, die zur Verschmutzung des Grundwassers führen; die Auswertung des Umfang, inwieweit die vergangene und gegenwärtige Siedlungsabfallbewirtschaftung zu Minimierung oder zu Verbesserung der Grundwasserverschmutzung führen; und Vorschläge möglicher Methoden (Techniken), durch die die bestehenden Situation verbessert werden kann, sind alles Bestandteil dieser Studie. Sieben Grundwasserproben wurden entnommen, um sie mikrobiologisch und physiko-chemisch in Kamerun und Deutschland zu analysieren. Besuche vor Ort und Beobachtungen wurden anhand von Bildern und Interviews unterstützt. Die eingesetzte Abfallbeseitigungsmethode in Limbe von LUC (bis 2006) und HYSACAM (2006 bis heute) zeigen bereits negative Auswirkungen auf das Grundwasser. Die Ergebnisse der mikrobiologischen Analysen weisen Werte über den kamerunischen Vorgaben (WHO und ISI 10500-91) auf. Gesamt-Coliforme zeigten Werte über 1000CFU/100ml, E. coli Werte bis zu 346CFU/100ml und andere Werte bis zu 159CFU/100ml. Dies bedeutet, dass das Wasser biologisch verschmutzt ist und somit sind die Grundwasserbrunnen in Limbe nicht mehr zum menschlichen Gebrauch geeignet sind. Physiko-chemische Analysen in den meisten Proben ergaben Werte unterhalb der vorgeschriebenen Vorgaben. NH4+ zeigte jedoch höhere Werte in allen Proben (0.9mg/L-2.6mg/L). Die hohe Konzentration von Ammonium könnte auf hohe Abwasserproduktion von Haushalten zurückgeführt werden. L7 und L1 zeigten die niedrigsten Werte, während L6 die höchsten Werte in fast allen mikrobiellen und physiko-chemischen Parameter aufweist. L6 ist stark kontaminiert; die Werte übersteigen meist die Grenzwerte. Diese Bereiche müssen evakuiert werden und das Wasser intensiv behandelt werden, da es sehr gefährlich zum menschlichen Verzehr ist. Die Aerationwasserzone in Limbe erfordert intensive biologische Behandlung und anschließende Grundwasserüberwachung, dadurch wird die Gefahr minimiert. L7 und L1 sind von Basalt geprägt und wegen geringer Kontamination lassen sie sich als Basis für den Vergleich (natürliches Wasser) verwenden. Das Wasser ist auch gründlich gegen NH4-Kontamination zu behandeln. Die Abfallentsorgung in Limbe wird mangelhaft durchgeführt und die Deponien müssen geändert werden. Verbesserte Abfallwirtschaftsprogramme wie Abfallreduktion, -sortierung und -behandlung sind vor der endgültigen Entsorgung erforderlich. Deponiebau mit Schwerpunkt auf Barriere, Sickerwasser und Gassammelsysteme sind am besten für die Abfallentsorgung, die Minimierung des Sickerwassers, das Grundwasser und andere Verunreinigungen geeignet. Geologische und hydrogeologische Karten und Untersuchungen sowie aktuelle klimatischen Daten werden benötigt, um einen geeigneten Ort für einen Deponiebau zu wählen. Vor allem die Grundwasserüberwachung und Abwassersammlung sollen ein sehr wichtiger Aspekt in der Verwaltung Limbe werden. Haushaltsabfalldeponien sind gründlich zu sanieren und die Öffentlichkeit soll für die Bedeutung einer ordnungsgemäßen Müllentsorgung sensibilisiert werden, um Grundwasserverunreinigungen und deren Auswirkungen auf Mensch und Umwelt zu reduzieren. KW - Kamerun KW - Siedlungsabfall KW - Abfallwirtschaft KW - Grundwasserverschmutzung KW - Siedlungsabfallwirtschaft KW - Milderung KW - Grundwasserverschmutzung KW - Limbe KW - Municipal solid waste management KW - Groundwater contamination KW - Limbe KW - Cameroon Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24390 ER - TY - JOUR A1 - Azam, Hafiz Muhammad Husnain A1 - Rößling, Rosa Lise A1 - Geithe, Christiane A1 - Khan, Muhammad Moman A1 - Dinter, Franziska A1 - Hanack, Katja A1 - Prüß, Harald A1 - Husse, Britta A1 - Roggenbruck, Dirk A1 - Schierack, Peter A1 - Rödiger, Stefan T1 - MicroRNA biomarkers as next-generation diagnostic tools for neurodegenerative diseases : a comprehensive review JF - Frontiers in Molecular Neuroscience N2 - Neurodegenerative diseases (NDs) are characterized by abnormalities within neurons of the brain or spinal cord that gradually lose function, eventually leading to cell death. Upon examination of affected tissue, pathological changes reveal a loss of synapses, misfolded proteins, and activation of immune cells all indicative of disease progression before severe clinical symptoms become apparent. Early detection of NDs is crucial for potentially administering targeted medications that may delay disease advancement. Given their complex pathophysiological features and diverse clinical symptoms, there is a pressing need for sensitive and effective diagnostic methods for NDs. Biomarkers such as microRNAs (miRNAs) have been identified as potential tools for detecting these diseases. We explore the pivotal role of miRNAs in the context of NDs, focusing on Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, multiple sclerosis, Huntington’s disease, and Amyotrophic Lateral Sclerosis. The review delves into the intricate relationship between aging and NDs, highlighting structural and functional alterations in the aging brain and their implications for disease development. It elucidates how miRNAs and RNA-binding proteins are implicated in the pathogenesis of NDs and underscores the importance of investigating their expression and function in aging. Significantly, miRNAs exert substantial influence on post-translational modifications (PTMs), impacting not just the nervous system but a wide array of tissues and cell types as well. Specific miRNAs have been found to target proteins involved in ubiquitination or deubiquitination processes, which play a significant role in regulating protein function and stability. We discuss the link between miRNA, PTM, and NDs. Additionally, the review discusses the significance of miRNAs as biomarkers for early disease detection, offering insights into diagnostic strategies. KW - Neurodegenerative diseases KW - MicroRNA KW - Diagnostic tools KW - Therapeutic tools KW - Protein post-translational modifications KW - Nervendegeneration KW - Biomarker KW - miRNS KW - Diagnose KW - Posttranslationale Änderung Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3389/fnmol.2024.1386735 SN - 1662-5099 VL - 17 PB - Frontiers CY - Lausanne ER - TY - THES A1 - Baartse, Willem Martijn T1 - The PCP theorem in real number complexity theory T1 - Das PCP-Theorem in der reellen Komplexitätstheorie N2 - In this thesis we consider probabilistically checkable proofs (PCPs) in the model of computation working with real and complex numbers as introduced by Blum, Shub and Smale (the BSS model). Starting point of this thesis is the so-called PCP theorem, a major result in complexity theory. Roughly speaking this theorem says that one can check the correctness of certain proofs of mathematical statements with high probability by only looking at small parts of the proof. PCPs have a natural formulation in the BSS model as well. Considering the importance of the PCP theorem it seems natural to ask whether a similar theorem holds in this model also. The PCP theorem in the Turing model has two qualitatively very different proofs. The original proof by Arora et al. uses mostly algebraic techniques. Later another, combinatorial proof was discovered by Dinur. In this thesis we give two corresponding proofs in the BSS model. Thereby we establish the PCP theorem in the framework of the real numbers as well as in the framework of the complex numbers. The main difficulties occur due to the fact that the structures R and C over which we work are uncountably infinite. For both classical proof techniques partially really new ideas are necessary to apply their structure to the new computational model. Apart from the importance of the PCP theorem it helps to better understand the similarities and differences between both models of computation. We hope that the new ideas we develop may be useful in other contexts as well. N2 - In dieser Arbeit betrachten wir probabilistisch prüfbare Beweise (Englisch: probabilistically checkable proofs PCPs) in einem Rechenmodell, das mit reellen und komplexen Zahlen arbeitet und 1989 durch Blum, Shub und Smale eingeführt wurde, dem BSS-Modell. Ausgangspunkt der Arbeit ist das sogenannte PCP-Theorem, eines der wichtigsten Resultate in der Komplexitätstheorie der letzten Jahrzehnte. Sehr grob gesprochen besagt es, dass man die Korrektheit von Beweisen mathematischer Aussagen mit hoher Wahrscheinlichkeit überprüfen kann, indem man nur sehr wenige Teile des Beweises untersucht. PCPs können auf natürliche Weise auch im BSS-Modell formuliert werden. Im Hinblick auf die Wichtigkeit des PCP-Satzes ist es daher naheliegend zu fragen, ob ein vergleichbares Ergebnis auch in diesem Modell gilt. Das klassische Theorem im Turingmodell hat zwei qualitativ sehr unterschiedliche Beweise. Der ursprüngliche Beweis von Arora et al. benutzt vorwiegend algebraische Techniken. Ein später gegebener Beweis von Dinur basiert im Wesentlichen auf kombinatorischen Methoden. In der vorliegenden Arbeit präsentieren wir zwei entsprechende Beweise im BSS-Modell. Der PCP-Satz wird dabei sowohl im reellen als auch im komplexen Rahmen bewiesen. Die wesentlichen neuen Schwierigkeiten bei beiden Beweisen resultieren aus der Überabzählbarkeit der zugrundeliegenden Strukturen R und C. Für beide klassische Beweismethoden erfordert dies zum Teil wesentlich neue Ideen, um ihre Struktur auf das neue Rechenmodell zu übertragen. Neben der Bedeutung des PCP-Satzes an sich hilft dies, die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen beiden Rechenmodellen besser zu verstehen. Es ist zu hoffen, dass die neuen Ideen, die wir hier entwickeln, auch in anderen Kontexten nützlich sind. KW - PCP KW - BSS Model KW - Low-degree test KW - BSS-Modell KW - Niedriger-Grad Test KW - Komplexitätstheorie KW - Berechnungskomplexität Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36244 ER - TY - THES A1 - Babanawo, Raymond T1 - Constraints to sustainable solid waste management in Ghana T1 - Grenzen einer nachhaltigen Abfallwirtschaft in Ghana N2 - In the quest of finding sustainable solution to solid waste management problems in Ghana, this research formulated as its goal, to mitigate policy constraints to sustainable solid waste management in Ghana. This research goal and objectives were addressed through an empirical study that involved interviews and administration of two sets of questionnaires, one set to members of parliament and the other to members of the general public. The development of questionnaires was influenced by a conceptual policy development model “The Bridge Model of Policy Development”. Administration of questionnaires to members of the general public was accomplished through random sampling within churches and mosques in three cities in Ghana; Accra, Kumasi, and Takoradi. The percentage response for members of the general public was 38.9% and that for members of parliament was 18%. Prioritization of policy options was achieved through “Differentiated Perception Ranking”, a method devised by this research process. The results revealed the relative importance of constraints to sustainable solid waste management in Ghana, the relative difficulty of mitigating constraints, and the relative difficulty of implementing policy options among others. These results were integrated with the principles of sustainability into producing a policy package for sustainable solid waste management in Ghana. N2 - Das Hauptziel dieser Forschungsarbeit ist die Entwicklung von politischen Auflagen für eine nachhaltige Lösung der Abfallmanagementprobleme in Ghana. Grundlagen dieser Arbeit bilden die Befragung von Mitgliedern des Parlaments und der breiten Allgemeinheit. Für die Befragung sind spezielle Fragenbogen nach einem konzeptionellen Entwicklungsmodel mit dem englischen Namen „The Bridge Model of Policy Development“ entwickelt worden. Die Befragung wurde willkürlich in den Kirchen und Moscheen in den Städten Accra, Kumasi und Takoradi durchgeführt. 38,9 % der Befragten gehören der allgemeinen Öffentlichkeit an und 18% sind Mitglieder des Parlaments. Eine Priorisierung der politischen Handlung konnte erreicht werden durch eine Aufstellung einer Rangfolge, bei der während dieser Forschung entwickelten Methode zum Einsatz kam. Die Ergebnisse enthüllen die relativen Vor- und Nachteile von Auflagen bei einem nachhaltigen Abfallmanagement in Ghana und unter anderen die Schwierigkeiten bei der Umsetzung von politischen Optionen. Bei der Entwicklung von politischen Bausteinen für ein nachhaltiges Abfallmanagement in Ghana wurden die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit integriert. KW - Ghana KW - Abfallwirtschaft KW - Nachhaltigkeit KW - Grenzen KW - nachhaltig KW - Abfall KW - Wirtschaftsführung KW - Management KW - Constraints KW - Sustainable KW - Solid waste KW - Management Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-1747 ER - TY - THES A1 - Babel, Christoph Josef T1 - Virtual evaluation of car body panel surfaces T1 - Virtuelle Bewertung von Karosserieoberflächen N2 - The progression of the automotive industry has introduced a slew of complex designs to meet the personalized style expressions of consumers. However, these intricate designs in premium automobiles present significant manufacturing challenges, especially in detecting and prioritizing the varying severities of cosmetic surface defects. Traditionally, defect identification is performed at the end of the development phase, which is a costly and time-consuming process. This thesis seeks to enhance early defect detection efficiency in the concept phase using artificial intelligence (AI). Through examination of unpainted parts, auditors’ perceptual practices, and deep draw simulations, the research aims to establish a virtual prediction method to accurately classify surface defects. The findings of this thesis prove that the geometry of unpainted parts sufficiently predicts potential defects post-painting, refuting the need for physical painted part analysis. The identification process adopted by auditors, grounded in analyzing light distortions on surfaces, is replicated within a neural network. Furthermore, by incorporating physiological optical aspects, the thesis improves the virtual representation of defects, creating a visible and analyzable dataset for AI algorithms. The accuracy of the neural networks trained on such datasets is substantiated by the successful translation of auditors’ classification methods into a machine learning environment. In particular, a machine learning approach using Random Forest (RF) algorithms excelled in prefiltering areas of interest based on curvature and strain values. A convolutional recurrent neural network (CRNN) is developed to classify the severity of defects, with the introduction of an annotation application to label data by experts. The CRNN demonstrated a remarkable accuracy of 86 % in classifying defect severity based on simulation data. Moreover, the study assessed the frame-by-frame localization of defects, where the PatchCore anomaly detection algorithm proves optimal, achieving an F1 Score of 0.86. Overall, the research successfully shows the transferability of expert auditors’ perception into a neural network architecture, highlighting the feasibility of implementing AI in early phases of automotive design to predict and classify defects, which has the potential to significantly reduce development costs and improve manufacturing efficiency. N2 - Die Entwicklung in der Automobilindustrie hat eine Vielzahl komplexer Designs hervorgebracht, um den individuellen Stilvorstellungen der Verbraucher gerecht zu werden. Diese anspruchsvollen Designs bei Premium-Automobilen stellen jedoch eine große Herausforderung für die Herstellung mittels des Umformverfahrens Tiefziehen dar. Insbesondere für die Erkennung und Priorisierung der unterschiedlichen Schwere kosmetischer Oberflächenfehler ist nach wie vor Expertenwissen notwendig. Traditionell wird diese Einstufung und Optimierung am Ende der Entwicklungsphase auf Basis von Vorserienfahrzeugen durchgeführt, was bei einer Fehlererkennung zu einem kostspieligen und zeitaufwändigen Prozess führt. In dieser Arbeit wird versucht, die Effizienz der Fehlerfrüherkennung in der Konzeptphase durch den Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) zu verbessern. Es wurden die Bewertungsprozesse durch Auditoren anhand von physischen Bauteilen untersucht und in einer KI abgebildet. Dies ermöglicht den Einsatz (nicht nur auf reale Messdaten, sondern auch) auf virtuelle Ergebnisse der Umformsimulation, welche bereits in der Konzeptphase vorliegen, lange bevor das erste reale Bauteil gefertigt wird. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der Einfluss der Lackschicht auf das auditäre Bewertungsergebnis untergeordneter Natur ist, wodurch die Notwendigkeit der Modellierung dieser entfällt. Eine Anwendung einer KI-Bewertungsmethodik direkt auf die Umformsimulationsergebnisse ist dadurch möglich. Der Fehleridentifizierungsprozess von Auditoren, der auf der Analyse von Lichtverzerrungen auf lackierten Oberflächen beruht, wird in einem neuronalen Netz nachgebildet. Es wurde eine Methode entwickelt, die eine virtuelle physiologisch-optische Repräsentation des Bewertungsprozesses ist. Dadurch wird ein analysierbarer Datensatz erstellt, welcher als Eingangsgröße für eine Bewertung der Schwere der Oberflächendefekte mittels KI herangezogen werden kann. Die Genauigkeit der auf solchen Datensätzen trainierten neuronalen Netze wird durch die erfolgreiche Übertragung der Klassifizierungsmethoden der Prüfer in eine maschinelle Lernumgebung untermauert. Insbesondere zeichnete sich ein maschineller Lernansatz unter Verwendung eines Random Forest (RF)-Algorithmus durch die Vorfilterung interessanter Bereiche auf der Grundlage von Krümmungs- und Dehnungswerten aus. Zur Klassifizierung der Schwere von Fehlern wird ein Convolutional Recurrent Neural Network (CRNN) entwickelt. Dabei wird eine Annotationsanwendung zur Kennzeichnung von Daten durch Experten eingeführt. Das CRNN erreicht bei der Klassifizierung der Fehlerschwere auf Basis von Simulationsdaten eine Genauigkeit von 86 %. Zusätzlich wird in der Arbeit die Bild-für-Bild-Lokalisierung von Defekten untersucht. Dabei erweist sich der PatchCore-Anomalieerkennungsalgorithmus als optimal und erreicht einen F1-Score von 0,86. Insgesamt zeigt die Arbeit erfolgreich die Übertragbarkeit der Wahrnehmung von Expertenauditoren auf eine neuronale Netzwerkarchitektur. Es unterstreicht die Machbarkeit der Implementierung von KI in frühen Phasen der Automobilentwicklung zur Vorhersage und Klassifizierung von Fehlern. Dies hat das Potenzial, die Kosten erheblich zu senken und die Fertigungseffizienz zu verbessern. KW - Computer vision KW - Neural network KW - Deep draw simulation KW - Rendering KW - Künstliche Intelligenz KW - Maschinelles Lernen KW - Umformsimulation KW - Bildgenerierung KW - Kraftfahrzeugindustrie KW - Produktentwicklung KW - Tiefziehen KW - Fehlererkennung KW - Simulation KW - Künstliche Intelligenz KW - Maschinelles Lernen Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-71960 ER - TY - THES A1 - Babić, Milan T1 - GALS methodology for substrate noise reduction in mixed-signal integrated circuits T1 - GALS-Methodik zur Reduzierung des Substratrauschens in integrierten Schaltkreisen mit gemischten Signalen N2 - Mixed signal integrated circuits (MSICs) contain both analog and digital circuitry, integrated together on the same die. While this integration brings many benefits, it also gives rise to the issue of substrate noise coupling between the noisy digital circuitry and noise-sensitive analog circuitry. In order to counteract this issue, various substrate noise reduction methodologies had been developed so far. This thesis explores a new approach in substrate noise reduction – using a GALS (globally-synchronous, locally-asynchronous) design strategy for the digital part of a MSIC, in order to reduce the noise generation at its source. GALS architectures consist of several locally synchronous modules (LSMs) which communicate asynchronously to each other. By converting an initially synchronous architecture of digital circuitry into a GALS architecture, simultaneous switching noise generated by this circuitry can be reduced. While GALS had already been used for reducing other types of simultaneous switching noise, this is, to the best of the author’s knowledge, the first attempt to develop a GALS-based methodology for substrate noise reduction. In order to be able to theoretically analyze GALS-based methodologies for substrate noise suppression, corresponding models at high abstraction level for substrate noise generation and substrate noise propagation in lightly doped substrates (which is a type of substrate mostly used for MSICs) have been developed. These models have further been used for developing two new GALS-based substrate noise reduction methodologies: harmonic-balanced plesiochronous GALS partitioning (HB) and harmonic-and-area-based plesiochronous GALS partitioning with power domain separation (HAB). A theoretical analysis has shown that HB can reach substrate noise attenuation of up to 20log⁡(M), where M is the number of LSMs of the resulting GALS system. On the other hand, the attenuation achievable by HAB depends on the distribution of switching current harmonics and area among the partitions, as well as from the substrate itself. For each of the two methodologies, a suitable partitioning procedure for a practical application has been developed; these partitionig procedures have been numerically evaluated in MATLAB. HB has further been embedded within the EMIAS CAD tool, where it has been evaluated on a real design example – a wireless sensor node. A special case of HAB for low frequencies has been applied for developing a test chip called SGE (power domain Separation and Galsification Experiment). The measurements on silicon have proved the applicability of the methodology. N2 - Integrierte Schaltkreise mit gemischten Signalen (MSICs) enthalten sowohl analoge als auch digitale Schaltungen, die zusammen auf demselben Chip integriert sind. Während diese Integration viele Vorteile gewährt, führt sie anderseits zur Kopplung des Substratrauschens zwischen den rauschgenerierenden digitalen Schaltungen und rauschempfindlichen analogen Schaltungen. Um diesem Problem entgegenzuwirken, wurden bisher verschiedene Methoden zur Reduzierung des Substratrauschens entwickelt. In dieser Dissertation wird ein neuer Ansatz zur Reduzierung des Substratrauschens untersucht – Verwendung der GALS (global-asynchron, lokal-synchron) Entwicklungsstrategie für den digitalen Teil des MSICs, um die Erzeugung des Rauschens an seiner Quelle zu reduzieren. GALS Architekturen bestehen aus mehreren lokal-synchronen Modulen (LSMs), die miteinander asynchron kommunizieren. Durch Umwandlung der synchronen Architektur eines digitalen Schaltkreises in eine GALS Architektur kann das vom Schaltkreis erzeugte simultane Schaltungsrauschen signifikant reduziert werden. Während GALS schon zur Reduzierung von anderen Arten des simultanes Schaltrauschens eingesetzt wurde, ist das, nach bestem Wissen des Autors, der erste Versuch, eine GALS-basierte Methodik zur Reduzierung des Substratrauschens zu entwickeln. Um GALS-basierte Methoden zur Unterdrückung des Substratrauschens theoretisch analysieren zu können, wurden die entsprechenden Modellen zur Erzeugung des Substratrauschens und zur Übertragung des Substratrauschens durch schwach-dotierte Substrate (die meistgenutzte Art der Substrate für MSICs) auf hohem Abstraktionsniveau entwickelt. Diese Modellen wurden zur Entwicklung der zwei neuen GALS-basierten Methoden zur Reduzierung des Substratrauschens benutzt: „Harmonic-ballanced plesiochronous GALS partitioning“ (HB) und „Harmonic-and-area-based plesiochronous GALS partitioning with power domain separation“ (HAB). Eine theoretische Analyse hat gezeigt, dass durch HB eine Dämpfung des Substratrauschens bis 20log⁡(M) erreicht werden kann, wobei M die Anzahl der LSMs des resultierenden GALS Systems ist. Auf der anderen Seite, hängt die durch HAB erreichbare Dämpfung von der Verteilung der harmonischen Schwingungen des Schaltstroms und der Fläche unter den LSMs, sowie von dem Substrat ab. Zur praktischen Anwendung jeder dieser zwei Methoden wurde ein entsprechendes Verteilungsverfahren entwickelt; diese Verteilungsverfahren wurden dann in MATLAB numerisch evaluiert. HB wurde in den EMIAS CAD Werkzeug eingebunden und so auf einem Beispiel des realen Entwurfs – einem drahtlosen Sensorknoten – evaluiert. Ein Sonderfall des HABs für tiefe Frequenzen wurde angewendet, um ein Testchip namens SGE (power domain Separation and Galsification Experiment) zu entwickeln. Die Anwendbarkeit der Methode wurde durch die Messungen auf dem Silizium nachgewiesen. KW - GALS KW - Plesiochronous clocking KW - Simultaneous switching noise KW - Substrate noise KW - MSIC KW - Plesiochrones Takten KW - Simultanes Schaltrauschen KW - Substratrauschen KW - Partitionierung KW - LSM KW - GALS KW - Mixed-Signal-Schaltung KW - Rauschunterdrückung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-57264 ER - TY - THES A1 - Bacher, Christian T1 - On the influence of electrohydrodynamically induced turbulence on momentum, heat and mass transport in electrostatic precipitators T1 - Zum Einfluss elektrohydrodynamisch induzierter Turbulenz auf den Impuls-, Wärme- und Stofftransport im Elektroabscheider N2 - Electrostatic precipitators (ESPs) belong to the most efficient devices for control of particle emissions in the process industry and environmental technologies in general. The operating principle of ESPs, relying on particle precipitation by electrical charging, leads to an enhanced turbulent motion by electrohydrodynamic (EHD) effects within the gaseous working fluid passing through the ESP. This enhanced turbulence is generally considered detrimental to the separation efficiency, because the additional shear forces acting on the collection electrodes promote re-entrainment of already precipitated particles. Further, the enhanced turbulent cross mixing diminishes the transport of charged particles by electric forces directed towards the collection electrodes. In other industrial applications however, many process units that are based on heat or mass transport would benefit from enhanced turbulent mixing. These include heat exchangers for energy recuperation or evaporation and absorption units such as flue gas scrubbers. A combination of these with an ESP possibly allows for versatile new applications in the process industry. The motivation of this thesis is to study the effects of electrohydrodynamically generated motions onto the turbulent cross mixing within gaseous flows over a wide parameter space including variations in geometry and operating conditions. In order to do so, the influence of EHD effects on the three major transport properties, i.e. thermal energy, mass and momentum, were experimentally investigated. Based on analogies caused by similar transport mechanisms, the experimental results were compared despite different methods being used. In order to help with the comparison a simplified eddy viscosity model is applied. The study for each transport property was conducted with a different setup of a tube type ESP. These setups include axial and radial pressure drop measurements to quantify the momentum transport, a self-built local heat transfer sensor to determine heat transfer coefficients and a wetted wall-column to study the enhancement of mass transport phenomena. Experiments on momentum and heat transport include a large variation of different geometries and operating variables such as discharge electrode design, tube diameter, flow velocity, as well as magnitude and polarity of operating voltage. In addition, selected measurements with aerosol particles were conducted, to gain additional insights on the effects of EHD induced turbulence generation by particle bound space charge compared to ion bound space charge in clean gas flows. The results do not only provide transport coefficients for the hands-on application by plant designers, but also feature numerous experimental data that can be used as reference values for ongoing research in the numerical simulation of electrohydrodynamically enhanced flow and therefore significantly increase the available amount of data provided by current literature. N2 - Im Rahmen der Maßnahmen zur Eindämmung der Luftverschmutzung sind Elektroabscheider als eines der effektivsten Systeme zur Minderung von Feinstaubemissionen im industriellen Umfeld bekannt. Charakteristisch für den Betrieb von Elektroabscheidern ist das Auftreten elektrohydrodynamischer (EHD) Strömungen, welche die Turbulenz des gasförmigen Trägermediums der Partikeln weiter anfachen. Aus emissionstechnischer Sicht handelt es sich dabei um einen unerwünschten Nebeneffekt, da Scherkräfte, verursacht durch die zusätzliche Turbulenz in der Gasströmung, auf die bereits abgeschiedenen Partikeln auf der Niederschlagselektrode wirken und zu deren Wiedereintrag in die Gasströmung führen. Zudem wirkt die turbulente Quervermischung dem Partikeldrift der geladenen Teilchen in Richtung der Sammelelektrode entgegen. Andere Komponenten der Prozessindustrie hingegen würden von einer erhöhten Turbulenz in der Gasphase profitieren, insbesondere dann, wenn ihr Funktionsprinzip auf Wärme- und Stoffübertragung basiert. Dies beinhaltet neben Wärmeübertragern zur Energierückgewinnung oder Verdampfungszwecken auch Wäscher zur Schadgasabsorption. Damit steht ein großes Potential zur Anwendung des elektrohydrodynamisch verstärkten Wärme- und Stofftransports in der Prozessindustrie zur Verfügung. Das Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, die Auswirkungen von EHD-Effekten auf die turbulente Quervermischung in einem Rohr-Elektroabscheider, unter Variation verschiedener Geometrien und Betriebsparameter zu untersuchen. Dazu zählen unterschiedliche Rohrdurchmesser und Sprühelektrodenformen, sowie die Abdeckung eines großen Arbeitsbereichs von Betriebsspannungen beider Polaritäten bei drei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten. Bei ausgewählten Versuchen erfolgt außerdem noch die Zugabe eines stark beladenen Aerosols. Die Wahl der Rohr-Elektroabscheidergeometrie erlaubt es auf Basis der Rotationssymmetrie theoretische Betrachtungen gegebenenfalls zu vereinfachen, wenn experimentelle Untersuchungen durch diese gestützt werden sollen. Die turbulente Quervermischung wird anhand ihres Einfluss auf die drei Haupttransportgrößen, thermische Energie, Masse und Impuls, jeweils auf Basis unterschiedlicher Methoden, charakterisiert. Dies erlaubt einerseits die Validierung der Ergebnisse durch den Vergleich zwischen den Methoden, beispielsweise, wenn bestimmte Transportanalogien zutreffen, andererseits erlaubt es Rückschlüsse auf Besonderheiten der jeweiligen Transportgleichungen, falls Unterschiede zwischen den Transportgleichungen überwiegen. Zum Vergleich wird unter anderem das vereinfachte Modell der Eddy-Viskosität herangezogen. Die Ergebnisse beinhalten dabei neben den experimentell bestimmten Transportkoeffizienten und turbulenten Diffusionskoeffzienten, welche sich zur direkten Anwendung im Anlagenbau eignen, auch eine Vielzahl experimenteller Messdaten, welche als Referenzwerte für numerische Studien herangezogen werden. KW - Electrohydrodynamics KW - Electrostatic precipitation KW - Heat and mass transfer intensification KW - Elektrohydrodynamik KW - Elektroabscheider KW - Verbesserung des Wärme- und Stofftransports KW - Elektrofilter KW - Elektrohydrodynamik KW - Numerische Strömungssimulation Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59948 ER - TY - JOUR A1 - Bachmann, Peter A1 - Thalheim, Bernhard A1 - Heiner, Monika A1 - Lux, Gregor A1 - König, Hartmut A1 - Lewerentz, Claus A1 - Vierhaus, Heinrich Theodor A1 - Braunmühl, Burchard von T1 - Jahresbericht 1998 / Institut für Informatik T1 - Annual Report 1998 / Department for Computer Science N2 - Selbstdarstellung des Instituts für Informatik der BTU Cottbus und Berichte der Lehrstühle für das Jahr 1998. N2 - Presentation of the Department for Computer Science of the BTU Cottbus and reports of the chairs at the department for the year 1998. T3 - Jahresbericht / Institut für Informatik - 1998 KW - Cottbus / Technische Universität KW - Bericht KW - Informatik KW - BTU Cottbus KW - Computer Science KW - BTU Cottbus Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-3559 ER - TY - THES A1 - Badorreck, Annika T1 - Multidimensional visualization of preferential flow pathways using neutron and x-ray radiation T1 - Mehrdimensionale Visualisierung preferentieller Fließwege mittels Neutronen- und Röntgenstrahlung N2 - The occurrence of preferential flow of water in soils is rather the rule than the exception particularly in heterogeneous structured soils. The quantitative prediction is difficult because of the spatial as well as temporal variability. One aim of the dissertation was to visualize the soil structure and flow patterns in mine soils using a combination of neutron radiography, neutron tomography and x-ray computed tomography experiments. Both radiation techniques were used to describe preferential pathways as a soil structure with CT and the process of preferential flow of water with NT. For the first time neutron radiation was applied on undisturbed soil cores to visualize water distributions in natural soils on three examples for heterogeneities of different origin. In a first investigation we used neutron radiography to analyze the moisture distribution in undisturbed slab-type and cylindrical samples of mine soils containing lignitic fragments and inclined soil layers. 2D radiography sequences indicated that flow pathways are highly dependent on the shape, distribution, and internal structure of the lignitic fragments. For 3D experiments, the quantitative analysis of water contents failed due to a pronounced beam hardening effect. The tensiometer data indicated the existence of local non-equilibrium in pressure heads between fragments and matric pore regions. The objective of the second study was to analyze and visualize the effects of initial soil structure formation at the surface of bare soils in an artificial hydrological catchment that has been left to undirected ecological succession for three years. The three-dimensional (3D) micro-morphology was described using the X-ray computed tomography (CT); two-dimensional (2D) infiltration patterns were obtained from drip infiltration experiments using time-resolved neutron radiography (NT). The analyses of CT data indicate the existence of (i) structural crusts on soil consisting of sandy to loamy sediments and (ii) depositional crusts on sandy sediments. The results of combined observations using CT and NT suggest that the initial soil surface structure alterations of young sandy sediment modify moisture patterns of infiltrating water only slightly. The aim of the 3rd experiment was to study effect of two ‘ecological engineers’, moss vegetation and beetle larvae on pore structure and infiltration. The soil pore structure was characterized by micro-computed tomography analyses of bare soil, sparse and dense moss-vegetated samples containing a single burrow. Flow patterns of infiltration experiments were visualized using the neutron radiography technique. The results of this study suggest that moss vegetation and burrowing activity of ground beetles strongly control the initial soil development by modification of pore structure and surface water infiltration. N2 - Das Auftreten präferentieller Fließwege in Böden stellt eher die Regel als die Ausnahme dar, insbesondere in heterogenen strukturierten Böden. Eine Quantifizierung ist durch die räumliche und zeitliche Variabilität des Phänomens schwierig. Das Ziel der Dissertation war die Visualisierung der Bodenstruktur und Fließwege mit Hilfe einer Kombination aus Neutronenradiografie (NR) und -tomografie (NT) sowie Röntgencomputertomografie (CT). Letzteres diente zur Beschreibung der Bodenstruktur, die Experimente mit Neutronenstrahlung stellten hingegen die Fließwege des Wassers im Boden dar. Erstmalig wurde Neutronenstrahlung zur Visualisierung der Wasserverteilung in ungestörten Proben dreier natürlicher Böden verwendet. In einem Infiltrationsversuch wurde die Wasserverteilung in mit Kippenboden gefüllten scheibenförmigen und zylindrischen Proben mittels NR und NT untersucht. Die ungestörten Proben enthielten kohlige Fragmente sowie schräg gestellte Kipprippen. Zwei-dimensionale (2D) NT-Zeitreihen der Infiltrationsexperimente deuten darauf hin, dass sich Fließwege in Abhängigkeit von Form, Lage und Struktur der Fragmente ausbildeten. Drei-dimensionale (3D) Visualisierungen der zylindrischen Proben scheiterten an ausgeprägter Strahlaufhärtung. Daten von eingebauten Tensiometern zeigen jedoch ungleichgewichtiges Fließen zwischen Fragmenten und der sandigen Matrix. Das Ziel des zweiten Experimentes war die Beschreibung von Effekten initialer Bodenentwicklung in Form von Bodenkrusten auf die Infiltration. Die Struktur der Bodenkrusten wurde mit Hilfe der Computertomografie 3D dargestellt. Wiederum wurden NR-Zeitreihen von Infiltrationsexperimenten erstellt, die die Wasserverteilung in der Bodenprobe darstellten und quantifizierten. Die Analyse der CT-Aufnahmen zeigten verschiedenartige Krustentypen von strukturellen Krusten lehmiger Sedimente, bis hin zu Ablagerungskrusten in sandigem Substrat. Die Krusten zeigten jedoch einen allenfalls minimalen Effekt auf die Wasserverteilung. Das dritte Experiment sollte den Einfluss der Biota, in diesem Falle der Moosvegetation und grabender Laufkäferlarven, auf die Bodenstruktur und Infiltration herausstellen. Auch hier wurden die Bodenstruktur mittels CT, und die zeitabhängige Wasserverteilung mit Hilfe der NR, visualisiert. Die Ergebnisse beider Untersuchungen zeigen, dass die Vegetation und die Aktivitäten der Larven einen starken Einfluss auf die untersuchten Parameter hatten. KW - Water KW - Soil KW - Preferential flow KW - Computed tomography KW - Neutron radiography KW - Wasser KW - Boden KW - Präferentielle Fließwege KW - Computertomografie KW - Neutronenradiografie KW - Bodengefüge KW - Wasser KW - Fließverhalten Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41615 ER - TY - THES A1 - Bahn-Bernsee, Heike T1 - Bewertung der Nutzungspotentiale einer Bergbaufolgelandschaft unter dem Aspekt des wirtschaftlichen Strukturwandels der Niederlausitz T1 - Evaluation of utilization potential of post-mining landscape with special reference to structural changes in economy in Lower Lusatia N2 - Die vorliegende Arbeit beinhaltet eine Nutzungspotentialbewertung einer Bergbaufolgelandschaft (BFL). Mit Hilfe einer zielorientierten Nutzwertanalyse werden die Potentiale Landschaft, Infrastruktur, Wirtschaft, Arbeitsplätze, Ökologie und Nachfrage bewertet und die Gunstfaktoren des Untersuchungsgebietes (UG) herausgestellt, um mögliche Handlungsvorschläge zu geben. Leitbild des UG ist eine den gegebenen Bedingungen entsprechende nachhaltige Entwicklung einer BFL. Eine einst vom Abbau der Braunkohle lebende Region sucht ein neues Gesicht und Möglichkeiten, die durch den Tagebaubetrieb völlig veränderten Bedingungen der Landschaft, Infrastruktur, Wirtschaft, Arbeitsplätze, Ökologie, Nachfrage neu zu formieren. In einer von der Autorin eigens für diese Untersuchung entworfenen Matrix werden die Bewertungsergebnisse räumlich veranschaulicht. In Kopplung mit der Darstellung der mathematisch strukturierten Ergebnisse im Nachhaltigkeitsdreieck wird verdeutlicht, welche ökonomischen, sozialen und ökologischen Bedingungen im UG zu erwarten sind. Vor allem aus der Darstellung der Ergebnisse in der Matrix ist erkennbar, wo im UG welche Potentialfaktoren besonders günstig sind bzw. welche Kombination voneinander positiv beeinflussender Potentiale wo auftreten. Das UG wird sich nicht gleichmäßig entwickeln. Es wird entsprechend einer Knoten-Achsen-Struktur Entwicklungsschwerpunkte geben. Die Wirtschaft und die sozialen Beziehungen als Wachstumspole werden besonders in den Knoten gefördert. Die Achsen erstrecken sich entlang der infrastrukturellen Erschließung über den Rand des Gebietes hinaus und sorgen für eine Anbindung an das Umland. Das UG besitzt sehr günstige ökologische Potentiale, die bei der weiteren Entwicklung unbedingt berücksichtigt werden sollten. Als wenig günstig stellt sich das Potential der Wirtschaft heraus. Das bedeutet, dass besonders Anstrengungen zur Verbesserung der wirtschaftlichen Basis in diesem Gebiet unternommen werden müssen. Schlechte ökonomische Bedingungen ziehen rasch verschlechternde soziale Verhältnisse nach sich. Das UG befindet sich in einer Region, die von Entleerungstendenzen gekennzeichnet ist. Aus diesem Grund ist es wichtig, eine stabile und vielfältige Wirtschaft zu schaffen. Mit dem Totalausfall der ehemaligen wirtschaftlichen Basis, dem Braunkohlenabbau, müssen hier neue Wege gegangen werden, die zudem das ökologische Potential des UG unterstreichen. So genannte „Leuchttürme“ sollten das Gebiet wirtschaftlich wieder attraktiv machen und der Region eine neue Lebenschance geben. Die Autorin stellt Möglichkeiten der touristischen Nutzung vor und plädiert für die Nutzung alternativer Energien und nachwachsender Rohstoffe. Im UG muss Mut zu neuen Wirtschaftsstrukturen bewiesen werden. Je vielfältiger die neuen Möglichkeiten genutzt werden, desto stabiler wird die wirtschaftliche Basis. Je solider sich die ökonomische Grundlage festigt, desto günstiger wirkt sich das auf die sozialen Bedingungen aus. Die ökologische Gunst sollte von Anfang an bei der Gestaltung der Wirtschaft und der Entwicklung neuer Infrastruktur berücksichtigt werden. Dies wurde nicht zuletzt auch durch die Nachfrage bestätigt. Mögliche Ausgänge der Entwicklung werden in Szenarien beschrieben, in denen absichtlich die gegebenen Bedingungen in einer überspitzen Form weitergedacht werden, um das Wesentliche der möglichen Entwicklung darzustellen. Das Besondere der BFL sollte nicht nur als geschichtliche Erinnerung, sondern als raumprägendes Element erkennbar bleiben. N2 - This thesis presents an evaluation of the utilization potential of an area previously exploited by open cast mining (post-mining landscape, PML). Utilization potentials such as landscape, infrastructure, economy, jobs, ecology, and demand are evaluated by means of multicriteria analysis. Favourable factors of the study area will be emphasized in order to suggest adequate actions. Guiding principle for the study area is the sustainable development of the PML under the given circumstances. A region once dependent of mining brown coal is looking for a new look as well as for possibilities to restructure landscape, infrastructure, economy, jobs, ecology, and demand based on the completely changed conditions after open cast mining. The results of the evaluation will be presented in a spatially explicit way using special matrix models developed by the author. Coupled with a presentation of mathematically structured results in the sustainability triangle it will be clarified, which economic, social, and ecological conditions have to be expected in the study area. In particular by displaying the results in a matrix form it can be shown, which potential parameters are exceptionally favourable, where they occur, and which combination of parameters positively affecting potentials appear in which location. The study area will not develop uniformously, but centres of development can be identified along a node-axis structure. Both economy and social relations as centres of growth will be specially promoted in the nodes. The axes extend along the infrastructural development beyond the margins of the study area, thus providing links to the neighbouring regions. The study area has got a very favourable ecological potential which should be taken into consideration under any circumstance with respect to future development. On the other hand, the economic potential turns out to be less advantageous. Therefore special efforts have to be made in this field to improve the economic basis. Poor economic conditions will rapidly lead to declining social conditions. The study area is located in a region, which is characterised by an ongoing drain of workforce. Therefore it is important to create a strong and diverse economy. Because of the complete loss of the former economic basis, the mining of brown coal, new methods have to be developed to emphasize the ecological potential of the study area. So called “flagships” should make the area economically attractive once again and provide new prospects for survival. The author introduces possibilities for touristy use plead simulatneously for using renewable energy and raw material resources. Courage for implementing new economic structures has to be proved. The more the multifaceted novel possibilities will be utilised, the more sound will be the economic basis. The more the economic basis is solidified, the more advantageous will be the effects on the social conditions. Ecological priorities should be considered right from the start in the development of economy and new infrastructure. This will be approved not least by demand. Possible results of development are described in scenarios in which given conditions are deliberately extended in an exaggerated way to demonstrate the essentials of feasible development. Special properties of the PML should not only be observable as historical commemoration, but also as a landscape shaping element. KW - Niederlausitz KW - Bergbaunachfolgelandschaft KW - Strukturwandel KW - Nutzungspotential KW - Nutzwertanalyse KW - Bewertung KW - Nachhaltigkeit KW - Bergbaufolgelandschaft KW - Evaluation KW - Utilization potential KW - Post-mining landscape KW - Infrastructure KW - Multicriteria analysis Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-545 ER - TY - JOUR A1 - Bahns, Carolin A1 - Kopkow, Christian T1 - Physiotherapy for patients with hip and knee osteoarthritis in Germany: a survey of current practice T1 - Physiotherapie für Patienten mit Hüft- und Kniearthrose in Deutschland: ein Survey über die derzeitige Versorgung JF - BMC Musculoskeletal Disorders N2 - Osteoarthritis (OA) of the hip and the knee is common and leads to pain, stiffness and disability. Clinical practice guidelines (CPG) provide recommendations to assist healthcare professionals in clinical decision-making. Although evidence-based physiotherapy has been shown to be effective in the management OA, a gap between clinical practice and guideline recommendations exists. Little is known about OA management provided by physiotherapists in Germany and whether treatment aligns with CPGs. The objectives of this study were (1) to investigate the current physiotherapy practice in patients with hip and/or knee OA in Germany, (2) to evaluate physiotherapists’ adherence to guideline recommendations and (3) to explore barriers and facilitators to guideline use. N2 - Arthrose (OA) der Hüfte und des Knies ist weit verbreitet und führt zu Schmerzen, Steifheit und Behinderung. Leitlinien für die klinische Praxis (CPG) enthalten Empfehlungen, die Fachkräfte im Gesundheitswesen bei der klinischen Entscheidungsfindung unterstützen. Obwohl sich die evidenzbasierte Physiotherapie bei der Behandlung von OA als wirksam erwiesen hat, besteht eine Lücke zwischen der klinischen Praxis und den Empfehlungen der Leitlinien. Über die von Physiotherapeuten in Deutschland durchgeführte OA-Behandlung und die Übereinstimmung der Behandlung mit den Leitlinien ist wenig bekannt. Ziel dieser Studie war es, (1) die aktuelle physiotherapeutische Praxis bei Patienten mit Hüft- und/oder Knie-OA in Deutschland zu untersuchen, (2) die Einhaltung von Leitlinienempfehlungen durch Physiotherapeuten zu bewerten und (3) Barrieren und Erleichterungen bei der Anwendung von Leitlinien zu untersuchen. KW - Osteoarthrosis KW - Knee KW - Hip KW - Physical therapy KW - Arthrose KW - Hüftgelenk KW - Knie KW - Osteoarthrose KW - Physikalische Therapie KW - Arthrose KW - Knie KW - Hüfte KW - Physiotherapie Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1186/s12891-023-06464-0 SN - 1471-2474 VL - 24 PB - Springer CY - Heidelberg ER - TY - THES A1 - Bahnsen, Jan Christian T1 - District heating in Lusatia : status quo and prospects for climate neutrality T1 - Fernwärme in der Lausitz : Status quo und Perspektiven für Klimaneutralität N2 - The master thesis at hand examines the potential of district heating in Lusatia. The thesis follows the approach of first identifying technical and economic potentials in general and then transferring them to the study region. For the quantitative determination of district heating potential in Lusatia, the status quo is determined and a GIS-based analysis is carried out with regard to minimum heat demand densities. The extent to which district heating is suitable for climate-neutral heat supply will be investigated using the potential of renewable and waste heat energy sources. Furthermore, the regional economic effects of developing these potentials are examined. The results show that despite an overall decline in heat demand, there is potential to increase the relative share of district heating in Lusatia. In terms of climate neutrality, district heating in Lusatia offers special opportunities. Solar thermal energy and Power-to-Heat are of particular importance due to the rural character of Lusatia and its status as an energy region. From a regional economic perspective, climate-neutral district heating has a positive effect on value added and employment. N2 - Die vorliegende Masterarbeit untersucht die Potenziale der Fernwärme in der Lausitz. Die Arbeit verfolgt den Ansatz, zunächst allgemein technische und wirtschaftliche Potenziale zu ermitteln und diese dann auf die Untersuchungsregion zu übertragen. Zur quantitativen Bestimmung des Fernwärmepotenzials in der Lausitz wird der Status quo ermittelt und eine GIS-basierte Analyse bezüglich der Mindestwärmebedarfsdichten durchgeführt. Die Eignung der Fernwärme für eine klimaneutrale Wärmeversorgung wird anhand der Potenziale erneuerbarer Energieträger und der Nutzung von Abwärme untersucht. Darüber hinaus werden die regionalökonomischen Effekte der Erschließung dieser Potenziale abgleitet. Die Ergebnisse zeigen, dass trotz eines insgesamt rückläufigen Wärmebedarfs Potenzial besteht, den relativen Anteil der Fernwärme in der Lausitz zu erhöhen. Unter dem Aspekt der Klimaneutralität bietet Fernwärme in der Lausitz besondere Chancen. Solarthermie und Power-to-Heat sind aufgrund des ländlichen Charakters der Lausitz und ihres Status als Energieregion von besonderer Bedeutung. Aus regionalökonomischer Sicht wirkt sich klimaneutrale Fernwärme positiv auf Wertschöpfung und Beschäftigung aus. KW - District heating KW - Lusatia KW - Regional economic potential KW - GIS-based analysis of district heating potential KW - Fossil-free district heating KW - Lausitz KW - Fernwärme KW - Regionalökonomisches Potenzial von Fernwärme KW - GIS-basierte Analyse von Fernwärmepotenzial KW - Fossil-freie Fernwärme KW - Lausitz KW - Fernwärmeversorgung KW - Wärmebedarf KW - Erneuerbare Energien Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-56026 ER - TY - THES A1 - Bao, Han T1 - Optimal design of 245kV SF₆ bushing by using genetic algorithm T1 - Optimale Gestaltung der 245kV SF₆ gasisolierte Durchführung durch genetischen Algorithmus N2 - Currently more and more researches of high voltage bushings are focused on the requirements for a simple structure, compactness and light-weight. The general operation of SF6 gas-filled bushings (SF6 bushings) is satisfying the requirements, but in the operation and design of SF6 bushings still many improvements may be possible. The minimizing of dimension might enhance the electric field strength (E) on the crucial points of bushings, which may lead to partial discharge, flashover and even break down. Electric field distribution along the surface mainly depends on contour design, besides the effect of contamination. This dissertation mainly describes the optimization of the bushings design by genetic algorithm. First, a model of SF6 bushing was developed and simulated for the theory purpose. Then, the potential breakdown problems were defined and the mechanisms of the potential breakdown were explained. Afterwards, the dissertation proposes an approach, i.e. genetic algorithm to optimize the contour design of SF6 bushings. The approach improved the execution efficiency by accessing the fitness values of searched solutions during the optimization process. To verify the effectiveness of the genetic algorithm, it has been applied to minimize the electric field strength at the critical positions. Furthermore, the critical points of SF6 bushings were optimized. Several new structures of the ground electrode were proposed and optimized separately by genetic algorithm. A new curve, i.e. cubic spline was applied to the contour of the top flange to avoid the influence of the triple points. By optimization E on the surface of top flange was minimized. The potential distribution on the surface of insulator was optimized by a new structure. By the genetic algorithm the contour of composite weather sheds (WS) was optimized as water-drop form. In summary, a more uniform potential distribution along the surface of weather sheds and minimal values of electric field strength at critical points can be derived effectively by genetic algorithm. In addition, a smaller dimension of SF6 bushing was obtained in comparison with presently available ones. N2 - In Schaltanlagen bis zur Spannungsebene 245 kV werden grob gesteuerte Durchführungen verwendet. Derzeit konzentrieren sich immer mehr Entwicklungen solcher Durchführungen auf eine einfache Gestaltung, kompakten Aufbau und geringes Gewicht. Obwohl im Allgemeinen SF6-gefüllte Durchführungen die gestellten Anforderungen erfüllen, gibt es weitere Möglichkeiten, die SF6-gefüllte Durchführung im Betrieb und Design zu verbessern. Geringere Dimensionen könnten die elektrische Feldstärke an Schwachstellen der Durchführung verstärken und dadurch Teilentladungen und Überschläge verursachen, die zur Zerstörung der Durchführung führen. Darüber hinaus hängt die elektrische Feldstärke von der Gestaltung der Oberfläche und vom Grad der Verschmutzung ab. Diese Dissertation stellt vor Allem die Optimierung der Strukturen einer SF6-gefüllten Durchführung mittels genetischem Algorithmus vor. Zunächst wurde ein Modell der SF6-gefüllten Durchführung entwickelt und für den Theorie-Zweck simuliert. Danach werden potentielle Probleme identifiziert und näher erläutert. Anschließend folgt eine Einführung in die Methode des genetischen Algorithmus zur Optimierung des Kontourdesigns. Die Ausführungseffizienz wird durch den Zugriff auf die Fitnesswerte während des Optimierungs-verfahrens verbessert. Die Validierung des genetischen Algorithmus wird durch Minimieren der elektrischen Feldstärke an den Schwachstellen verifiziert. Damit ist die Gestaltung der Schwachpunkte optimiert worden. Verschiedene neue Strukturen der Erdelektrode wurden vorgeschlagen und durch Anwenden des genetischen Algorithmus optimiert. Durch Verwenden einer neuen Kurve aus kubischen Splines wurde die Kontur der Kopfelektrode so gestaltet, dass der Einfluss von Tripelpunkten vermieden wurde. Die elektrische Feldstärke an der Oberfläche der Kopfelektrode ist durch Anwenden des genetischen Algorithmus minimiert worden. Die Potentialverteilung entlang der Oberfläche des Isolierkörpers wurde durch eine neue Struktur optimiert. Die Enden der Rippen des Silikon-Verbundisolators sind ebenfalls mit Hilfe des genetischen Algorithmus für das Verhalten bei Befeuchtung gestaltet worden. Unter Verwendung des genetischen Algorithmus sind eine gleichmäßigere Potentialverteilung entlang der Gehäuseoberfläche und minimale Werte der elektrischen Feldstärke an Schwachstellen erreicht worden. Die Dimensionen der so optimierten SF6-Durchführung sind geringer als die der ursprünglichen Durchführung. KW - Optimized contour design KW - SF6 bushing KW - Streamer theory KW - Ansoft Maxwell KW - Bézier curve KW - Optimale Gestaltung KW - SF6 Durchführung KW - Streamer Theorie KW - Ansoft Maxwell KW - Bézier Kurve KW - Hochspannungsanlage KW - Schwefelhexafluorid KW - Genetischer Algorithmus KW - Optimierung Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31751 ER - TY - THES A1 - Baptista, Melissa T1 - Phytoplankton succession and diversity-productivity relation in German and Brazilian shallow lakes T1 - Phytoplanktonsukzession und Zusammenhang von Diversität-Produktivität in deutschen und brasilianischen flachen Seen N2 - Phytoplankton succession linked to productivity-diversity relationship at steady-state/non steady state conditions, mixing events as predominant disturbance in sense of Connell (1978) and influence of conditional differentiation (temperature) on phytoplankton diversity were investigated. Water samples were taken two times a week in 4 German shallow lakes in Brandenbug region (Melangsee, Petersdorfer See, Wolziger See, and Langer See) from 2007 to 2010 and in 2009/2010 during cold and rainy season in a Brazilian coastal lagoon Peri. A comparison between literature data from 4 Brazilian lakes, in order to investigate the influence of temperature on diversity and dynamic of phytoplankton species was also done. The cyanobacterial species dominated all studied lakes and the mixing had a positive effect on the supremacy of this group in tropical lakes. The high biovolume of cyanobacteria contributed to the achievement of steady state conditions in sense of Sommer et al. (1993) during consecutive periods in Petersdorfer See and in Peri lagoon practically during all phases. The monodominance of Cylindrospermopsis raciborskii was observed in warm water, under no stratification regime. Oscillatoriales of group S1 (Reynolds 2002), represented by Limnothrix redekei and Pseudanabaena limnetica, typical in turbid mixed layers and with high nitrogen affinity, were typical in Petersdorfer See. In Melangsee, steady state was observed during colder periods under dominance of Bacillariophyceae and Chrysophyceae. Lower diversity coincided with steady state conditions and higher values of resource use efficiency (RUE), while higher diversity occurred mainly at transitional state during the spring in temperate lakes, supporting the non-equilibrium concept (Hutchinson 1961) at lower RUE values. Higher biovolume occurred mainly during the late summer in temperate lakes under dominance of cyanobacteria, and/or at steady state. Concerning the temporal variation of phytoplankton, the highest peak of species richness preceded the resource use efficiency, suggesting the productivity as consequence of diversity. The richness was much higher in temperate shallow lakes, which were more similar to each other in terms of seasonality, species number and biovolume. A positive correlation between richness and biovolume of temperate lakes was found and the opposite was observed in tropical lakes. The biovolume and richness in tropical lakes were more variable and in temperate lakes presented higher richness at intermediate level of biovolume (annual mean from 10 to 18 mm3/l). Low level of biodiversity allows an ecosystem to function under constant conditions, but a greater biodiversity occurred in fluctuating environments. N2 - Phytoplanktonsukzession im Zusammenhang von Produktivität und Diversität unter Equilibrium/non-Equilibriumzustand, Mischungsereignisse als vorherrschende Störung im Sinne von Connell (1978) und der Einfluss der Temperatur auf die Phytoplanktondiversität wurden untersucht. Von 2007 bis 2010 wurden zwei Mal pro Woche Wasserproben aus vier deutschen, flachen Seen in Brandenburg genommen (Melangsee, Petersdorfer See, Wolziger See und Langer See) und während der kalten, regnerischen Jahreszeit aus einer brasilianischen Küstenlagune. Zusätzlich wurden Literaturdaten von vier brasilianischen Seen verglichen, um den Einfluss der Temperatur auf Vielfalt von Phytoplanktonarten festzustellen. Die funktionelle Gruppe (Reynolds 2002) S1 Limnothrix war häufig bei niedriger Temperatur (> 16°C) und Cylindrospermopsis raciborskii (Sn) bei höherer Temperatur (>21°C). Die Cyanobakterien dominierten alle untersuchten Seen und die Durchmischung hatte einen positiven Effekt auf die Vorherrschaft dieser Gruppe in tropischen Seen. Hohe Biovolumina von Cyanobakterien trugen zur Erfüllung der Equilibriumbedingungen, im Sinne von Sommer et al. (1998), im Petersdorfer See während aufeinanderfolgender Zeiträume und in der Peri Lagune kontinuierlich bei. Im Melangsee wurde der Equilibriumzustand während der kalten Periode, unter Dominanz der Bacillariophyceae und Chrysophyceae erreicht. Geringere Vielfalt trat im Equilibriumzustand auf, sowie höhere Werte der Primärproduktion, berechnet als Ressourcennutzungeffizienz (RUE). Das Paradoxon des Phytoplankton (Hutchinson 1961) bekräftigend, trat höhere Vielfalt in deutschen Seen hauptsächlich beim Übergangszustand im Frühjahr auf, begleitet von niedrigen RUE-Werten. Bezüglich der zeitlichen Variation des Phytoplanktonsukzession, ging der größte Artenreichtum hohen RUE-Werten voraus, darauf hin deutend, dass die Produktivität Folge der Vielfalt ist. Der Artenreichtum war im Vergleich viel höher in gemäßigten flachen Seen, als in Seen der tropischen Zone. Eine positive Korrelation zwischen Artenreichtum und Biovolumen wurde bei deutschen Seen gefunden, im Gegenteil zu in tropischen Seen, wo diese Werten variabler waren. Geringe Vielfalt ermöglicht einem Ökosystem bei konstanten abiotischen Bedingungen zu funktionieren und eine größere Vielfalt tritt bei schwankenden Umgebungen auf. KW - Brandenburg KW - Brasilien KW - Flachsee KW - Phytoplankton KW - Ökosystem KW - Phytoplanktondiversität KW - Primärproduktion KW - Phytoplanktonsukzession KW - Paradoxon des Phytoplankton KW - Steady-state KW - Phytoplankton diversity KW - Succession KW - Primary productivity KW - Paradox of phytoplankton Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24386 ER - TY - THES A1 - Bardhan, Jayashree T1 - Optimising ICOMOS’ ‘Heritage at Risk’ initiatives : towards a comprehensive framework for cultural heritage at risk T1 - Optimierung der ICOMOS ‘Heritage at Risk’ Initiativen : hin zu einem umfassenden Rahmenkonzept für gefährdetes Kulturerbe N2 - Cultural heritage faces many types of threats such as neglect, conflicts, disasters caused by natural and human induced hazards, unplanned infrastructure projects, climate change, etc. Over time, a number of institutions, organisations, programmes and initiatives to address the issues related to heritage at risk through varied modes of interventions such as advocacy work, conservation efforts, funding, awareness-raising regarding particular sites, etc. have emerged. Despite the stimulus and support of the various institutions, organisations and initiatives, diverse threats continue to impact cultural heritage in present times with some factors amplifying more than before, leading to the subsequent damages to or losses of heritage assets. Though reasons for these issues are varied and complex, one of the important factors to look into is the agency of the diverse ‘Heritage at Risk’ programmes or initiatives. ICOMOS being one of the pioneers in this global discourse of threatened heritage, its role is strategically vital. 20 years after ICOMOS’s first attempts to initiate one of the first ‘Heritage at Risk’ programmes, this research is an opportunity to re-examine and analyse the effectiveness of ICOMOS’ ‘Heritage at Risk’ programme within the current organisational/ institutional landscape of initiatives in the field of heritage at risk, that ICOMOS is embedded in. It is also an opportunity to situate the programme within the diverse views of the heritage at risk framework and the continuing shifts in the foundational paradigms of the international discourse on heritage conservation. The purpose of this analysis is to guide programme improvement for optimising efforts in favour of cultural heritage at risk within and/ or beyond ICOMOS and improve their ability to contribute towards - safeguarding heritage at risk, increasing the resilience of cultural heritage and sustainable development. N2 - Das kulturelle Erbe ist vielfältigen Bedrohungen ausgesetzt, wie z. B. Vernachlässigung, Konflikten, Katastrophen durch natürliche und vom Menschen verursachte Gefahren, ungeplanten Infrastrukturprojekten, Klimawandel usw. Im Laufe der Zeit hat sich eine Reihe von Institutionen, Organisationen, Programmen und Initiativen herausgebildet, die sich mit der Problematik des gefährdeten Kulturerbes befassen, indem sie auf unterschiedliche Weise tätig werden, z. B. durch Lobbyarbeit, Erhaltungsmaßnahmen, Finanzierung, Sensibilisierung für bestimmte Stätten usw. Trotz der Anreize und der Unterstützung durch die verschiedenen Institutionen, Organisationen und Initiativen ist das kulturelle Erbe auch heute noch verschiedenen Bedrohungen ausgesetzt, wobei sich einige Faktoren noch verstärken und zu Schäden oder Verlusten an Kulturgütern führen. Obwohl die Gründe für diese Probleme vielfältig und komplex sind, ist einer der wichtigsten Faktoren, den es zu untersuchen gilt, das Wirken der verschiedenen "Heritage at Risk"-Programme oder -Initiativen. ICOMOS ist einer der Pioniere in diesem globalen Diskurs über bedrohtes Kulturerbe und spielt daher eine strategisch wichtige Rolle. 20 Jahre nach den ersten Bemühungen von ICOMOS, eines der ersten "Heritage at Risk"-Programme zu initiieren, bietet diese Untersuchung die Gelegenheit, die Wirksamkeit der "Heritage at Risk"-Programme von ICOMOS innerhalb der aktuellen organisatorisch-institutionellen Landschaft der Initiativen im Bereich des gefährdeten Kulturerbes, in die ICOMOS eingebettet ist, neu zu untersuchen und zu analysieren. Es ist auch eine Gelegenheit, das Programm innerhalb der verschiedenen Ansichten über das gefährdete Erbe und die anhaltenden Veränderungen in den grundlegenden Paradigmen des internationalen Diskurses über die Erhaltung des kulturellen Erbes einzuordnen. Der Zweck dieser Analyse ist es, das Programm zu verbessern, um die Bemühungen zugunsten des gefährdeten kulturellen Erbes innerhalb und/oder außerhalb von ICOMOS zu optimieren und ihre Fähigkeit zu verbessern, zum Schutz des gefährdeten Erbes, zur Stärkung der Widerstandsfähigkeit des kulturellen Erbes und zur nachhaltigen Entwicklung beizutragen. KW - ICOMOS KW - Heritage at Risk KW - Preventive conservation KW - Post-disaster recovery KW - Sustainable development KW - Präventive Erhaltung KW - Wiederherstellung KW - Gefährdetes Kulturerbe KW - Nachhaltige Entwicklung KW - Denkmalpflege KW - Kulturerbe KW - Baudenkmal KW - Denkmal KW - Gefährdung KW - Denkmalpflege KW - Nachhaltigkeit KW - Kulturgüterschutz Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-56206 ER - TY - THES A1 - Barig, Susann T1 - Beiträge zur Steigerung der industriellen Verwendung mikrobieller Lipasen : Produktion und Immobilisierung sowie Entwicklung eines quantitativen Nachweissystems T1 - Contributions to increase the industrial application of microbial lipases : Production, immobilisation and development of a quantitative assay system N2 - Lipasen sind esterolytische Enzyme, welche vorzugsweise an Lipid/Wasser Phasengrenzen aktiv sind. Von großer Bedeutung sind diese Biokatalysatoren bei etablierten industriellen Prozessen, wie z.B. in der Nahrungs- und Futtermittelindustrie sowie der Herstellung von Detergenzien oder als Additiv in Waschmitteln. Neue Anwendungsgebiete, wie die Produktion von Feinchemikalien für die Pharma- und Agrarindustrie sowie die Herstellung von Biodiesel stellen Herausforderungen dar. Gerade in den letztgenannten Industriezweigen werden herkömmlichen chemischen Verfahren bevorzugt, da die Herstellungskosten von Enzymen einen großtechnischen Einsatz behindern. Um die Kosten für den Einsatz des Biokatalysators zu minimieren, wurden drei Ansatzpunkte bearbeitet. Bei der Produktion von Lipasen oder anderen Enzymen durch Mikroorganismen fallen Investitions- und Betriebskosten an. Investitionskosten werden maßgeblich vom Reaktordesign und dessen Größe bestimmt, wobei die Betriebskosten zum Beispiel durch den hohen Einsatz von Energie und Zeit bei der Sterilisation sowie teuren Medienbestandteilen festgesetzt werden. Aus dieser Betrachtung heraus wurde in vorhergehenden Arbeiten ein selektives Kultivierungsverfahren mit minimierter Steriltechnik entwickelt, bei dem die Kosten für die Sterilisation entfallen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Maßstabsvergrößerung auf ein Volumen von 350 l durchgeführt. Die robuste Selektivität des Kultivierungssystems im 100-l- und 350-l-Maßstab wurde in 13 individuellen Läufen über einen Kultivierungszeitraum von acht bis zwölf Tagen mit dem Kompostisolat Phialemonium curvatum AW02 gezeigt. Der Mikroorganismus P. curvatum AW02 sowie dessen extrazelluläre Lipasen wurden partiell charakterisiert. Es zeigte sich, dass P. curvatum AW02 mindestens eine zellwandgebundenen Lipase sekretiert. Weiterhin wurde gezeigt, dass das selektive Kultivierungsverfahren mit minimierter Steriltechnik das alleinige Wachstum weiterer bekannter Mikroorganismen, wie z.B. Aspergillus niger, Botrytis cinerea oder Yarrowia lipolytica begünstigt. Der zweite Ansatzpunkt zur Kostenminimierung ist die Wiederverwendung sowie Stabilisierung des Enzyms durch Immobilisierung, was intensive Entwicklungsarbeit voraussetzt. So wurde ein in der Handhabung leicht durchführbares Immobilisierungsverfahren entwickelt, das auf der Einbettung wasserfreier Enzympräparate in ein Polymer-Harz basiert. Dieses Enzym-Polymerharz-Gemisch kann auf Oberflächen mit unterschiedlichen physikalischen oder chemischen Eigenschaften aufgebracht werden. Als Modellenzym wurde die robuste, Co-Faktor unabhängige, monomere Thermomyces lanuginosus Lipase (TLL) genutzt. Die Immobilisierung mittels wasserfreiem Einbettungsverfahren konnte erfolgreich mit Aktivitäten von bis zu 250 mU/cm² beschichteter Oberfläche gegenüber p- Nitrophenyl-Palmitat (pNPPalm) nachgewiesen werden. Die Co-Faktor-abhängige und unter nativen Bedingungen als Homotetramer vorliegende Threonin Aldolase aus Ashbya gossypii wurde als zweites Beispielenzym erfolgreich mit dem wasserfreien Einbettungsverfahren immobilisiert. Somit konnte gezeigt werden, dass das neuartige wasserfreie Einbettungsverfahren auf verschiedene Enzyme mit unterschiedlicher Komplexität anwendbar ist. Der dritte Ansatzpunkt ist die Entwicklung eines quantitativen Mikrotiter-Lipase-Nachweissystems. Verschiedene labor- und zeitintensive Verfahren weisen lipolytische Aktivität nach. Um ein schnelles und einfaches Lipase-Nachweissystem zu etablieren, wurde ein turbidimetrisches Lipase-Nachweissystem im Mikroliter-Maßstab, basierend auf einer stabilisierten 1 % (v/v) Tributyrinemulsion entwickelt. Durch die Hydrolyse des Tributyrins kommt es zu einer kontinuierlichen Klärung. Das Auftragen variabler Mengen des Modellenzyms TLL zeigte eine direkte Abhängigkeit zwischen Lipasekonzentration und Abnahme der Extinktion bei 595 nm. Eine eingehende Charakterisierung ergab, dass ein Substratüberschuss bei 1 % (v/v) Tributyrin vorliegt. Somit kann das turbidimetrische Mikrotiter-Lipase-Nachweissystem zur Quantifizierung lipolytischer Proben eingesetzt werden. Jeder der drei Ansatzpunkte trägt das Potential, robust und einfach, unter kostenminimierten Bedingungen Enzyme herzustellen, sie zu immobilisieren sowie lipolytische Aktivität zu quantifizieren. Daraus ergeben sich Anwendungsmöglichkeiten aber auch interessante wissenschaftliche Perspektiven. N2 - Lipases are esterolytic enzymes preferring the lipid/water interface for activity. They are of interest in industrial processes, i.e. dietary and food industry, the production of detergents as well as additives for cleaning agents. The application in other industrial fields, such as the production of fine chemicals for pharmaceutical and agro-chemical usage and the production of biodiesel, is still a challenge. Especially, in the last mentioned industrial areas biotechnical processes compete with traditional chemical methods. Mostly, the high production costs of enzymes hinder the application of enzymes in industrial processes. Therefore, three aspects were studied to minimize the costs for the usage of a biocatalyst. During the production process of lipases or other enzymes capital and operating costs are accumulated. The capital costs are mainly determined by the reactor design and dimension. Energy and time consuming sterile technique as well as expensive media components are increasing the operating costs. In previous experiments of the working group a selective cultivation system with minimized sterile technique was developed to reduce the mentioned expenses. In the presented thesis it was shown that a scale up to a culture volume of 350 l was possible. Robustness of the cultivation system in 100-l- and 350-l-scale was confirmed by 13 individual runs during cultivation periods of eight to twelve days of Phialemonium curvatum AW02 derived from a compost pile. The microorganism P. curvatum AW02 as well as its extracellular lipases were partially characterized. It was shown that P. curvatum AW02 secretes a minimum of one cell wall associated lipase. The growth of further well-known microorganisms such as Asperillus niger, Botrytis cinerea and Yarrowia lipolytica, in the cultivation system with minimized sterile technique was possible. A second approach to minimize the costs was the re-use and stabilization of enzymes by immobilisation which implies intensive work. Therefore, an immobilisation method was developed which is easy in performance. The method is based on the entrapment of water-free enzyme preparations in a polymeric resin. The enzyme/polymeric resin mixture can be applied on different surfaces varying in physical and chemical properties. As model enzyme the robust, co-factor independent and monomeric Thermomyces lanuginosus Lipase (TLL) was used. The immobilisation by water-free entrapment was successfully carried out. Activities of up to 250 mU/cm² coated surface were determined using p-nitrophenyl-palmitate (pNPPalm) as substrate. As a second example the more complex threonine aldolase of Ashbya gossypii was successfully applied in water-free entrapment. The main difference to TLL is the co-factor dependency and the homotetrameric superstructure of the threonine aldolase. Concluding to these results, the newly developed immobilisation method on the basis of water-free entrapment is applicable on enzymes varying in their complexity. The third approach was the development of a quantitative turbidity assay for lipolytic enzymes in microliter-scale. Many laboratory- and time-intensive methods determining lipolytic activity are known. The goal was to establish a simple and fast assay system. Therefore, an assay in microliter scale was established which basically consists of a stabilized 1 % (v/v) tributyrin/water emulsion. Hydrolysis of tributyrin causes a continuous clearing which can be followed at 595 nm by spectrophotometry. Different amounts of the model enzyme TLL showed a direct dependency between lipase concentration and decrease of extinction. A detailed characterization proved that substrate excess is given at 1 % (v/v) tributyrin. Therefore, the turbidity assay in microtiter plates can be used to quantitatively determine lipolytic enzymes. Each of the three different aspects has the potential to be robust, simple and cost-effective in respect to produce enzymes, immobilize enzymes or determine lipolytic activity. Consequentially, different application fields arose from the presented data. Furthermore, interesting scientific questions arose and might stimulate further research. KW - Pilze KW - Lipase KW - Selektive Kultivierung KW - Wasserfreie Immobilisierung von Enzymen KW - Mikrotiter-Platten Assay KW - Fungi KW - Lipase KW - Selective cultivation KW - Water-free immobilisation of enzymes KW - Microtiter plate assay KW - Pilze KW - Lipasen KW - Kultivierung KW - Enzym KW - Immobilisierung KW - Mikrotiter-Platte Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-30624 ER - TY - THES A1 - Baron von Oelsen, Ernst T1 - The time-dependent Gutzwiller Approximation for Multi-Band Hubbard Models T1 - Die zeitabhängige Gutzwiller-Näherung für Mehr-Band-Hubbard-Modelle N2 - We formulate a generalization of the time-dependent Gutzwiller theory for the application to multi-band Hubbard models. Our approach allows for the computation of general momentum- and frequency-dependent two-particle response functions. The in-depth knowledge of them is crucial for the understanding and interpretation of experiments in solid-state physics. In the calculation of ground-state properties of Hubbard models, the Gutzwiller approach is known to overcome the main shortcomings of the Hartree–Fock approximation, whose time-dependent generalization is the standard text-book method for the calculation of response functions. We therefore expect that the time-dependent Gutzwiller theory, that has been formulated only for the single-band Hubbard model so far, will offer a technique yielding new insight into the dynamics of strongly-correlated multi-orbital systems. In this thesis, we motivate the employment of multi-orbital Hubbard models and give an introduction to multi-band Hubbard models in Chapters 1 and 2. Their treatment within the Gutzwiller variational approach is subject of Chapter 3, where it is supplemented by investigations that connect our new approach to previous results. We derive the random-phase approximation as the time-dependent Hartree–Fock theory in Chapter 4, followed by the derivation of the corresponding time-dependent Gutzwiller theory in Chapter 5. We demonstrate the applicability of our new approach in Chapter 6, where we calculate the transversal spin susceptibility of a Hubbard model with two degenerate bands and present numerical results for systems in infinite and three spatial dimensions. A summary and conclusion is given in the final Chapter. Mathematical details of our derivations are presented in several appendices. N2 - Wir formulieren eine Verallgemeinerung der zeitabhängigen Gutzwiller-Methode zur Anwendung auf Mehr-Band-Hubbard-Modelle. Unser Ansatz ermöglicht die Berechnung allgemeiner impuls- und energieabhängiger Zwei-Teilchen-Responsefunktionen. Deren profunde Kenntnis ist für das Verständnis und die Interpretation von Experimenten der Festkörperphysik entscheidend. Es ist bekannt, dass die Gutzwiller-Näherung bei der Berechnung von Grundzustandseigenschaften von Hubbard-Modellen die Hauptschwächen der Hartree–Fock-Näherung, deren zeitabhängige Verallgemeinerung die Standardmethode zur Berechnung von Responsefunktionen darstellt, überwindet. Deshalb erwarten wir, dass die zeitabhängige Gutzwiller-Näherung, die bisher nur für das Ein-Band-Hubbard-Modell formuliert wurde, eine Methode bereitstellt, die neue Einsichten in die Dynamik stark korrelierter Mehr-Orbital-Systeme liefert. In der vorliegenden Arbeit motivieren wir den Einsatz von Mehr-Orbital-Hubbard-Modellen und geben eine Einführung zu Mehr-Band-Hubbard-Modellen in den Kapiteln 1 und 2. Deren Behandlung mit der Variationsmethode nach Gutzwiller ist Inhalt von Kapitel 3, ergänzt durch Untersuchungen, die unseren neuen Ansatz mit bisherigen Resultaten verbinden. Wir leiten in Kapitel 4 die Random-Phase-Approximation als zeitabhängige Hartree–Fock-Näherung ab, gefolgt von der Ableitung der zeitabhängigen Gutzwiller-Näherung in Kapitel 5. Wir demonstrieren die Anwendbarkeit unseres neuen Ansatzes in Kapitel 6, in welchem wir die transversale Spin-Suszeptibilität für ein Hubbard-Modell mit zwei entarteten Bändern berechnen und numerische Ergebnisse für unendlich- und dreidimensionale Systeme präsentieren. Eine Zusammenfassung und ein Fazit folgen im letzten Kapitel. Mathematische Details unserer Herleitungen werden in mehreren Appendices präsentiert. KW - Hubbard-Modell KW - Zeitabhängige Methode KW - Stochastische Approximation KW - Zeitabhängige Gutzwiller-Näherung KW - Mehr-Band Hubbard Modelle KW - Spinsuszeptibilität KW - Time-dependent KW - Gutzwiller KW - Multi-Band Hubbard Models KW - Spin susceptibility Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-25206 ER - TY - THES A1 - Barounga, Abdel Kader T1 - The formal primary educational system and the safeguarding of intangible cultural heritage in Africa : case of the Far North Region of Cameroon T1 - Eine Studie über die Bewahrung des immateriellen Kulturerbes Afrikas durch das formelle Grundschulbildungssystem im hohen Norden Kameruns N2 - The present research aims to analyze the possibilities of introducing the living “Intangible Cultural Heritage” as Supplement of Knowledge into the formal educational system particularly the Early Childhood Education in the Far North Region of Cameroon - irrespective of the 2003 Convention for the Safeguarding of the Intangible Cultural Heritage and the 2005 Convention on the Protection and Promotion of the Diversity of Cultural Expressions. This Region is purposively selected for its stronghold of multifarious and diverse ethno-cultural (id)entities and citadel of the country’s enshrined traditions. The rural area of Kolara is conveniently chosen to explore how to blend the receding ethno-cultural heritage with the formal education system in accordance with the aim of education in Cameroon and therefore could be an example of how to train citizens firmly rooted in their cultures but also opened to the world. It presupposes that the current formal primary educational system is not constructive for primary school starters. On the basis of a combination of participatory research and systematic data collection methods, three educational heritages could be outlined: the ethno-cultural traditional educations specific to the two major ethno-cultures Tupuri and Fulbé and the Islamic Arabic educational heritage peculiar to Muslims, predominantly Fulbé. In this context, it could be determined to what extend the formal education is ethno-cultural specific, environment related and learner centered. N2 - Die vorliegende Forschung zielt darauf ab, aufzuzeigen, wie das bestehende „immaterielle Kulturerbe“ als ergänzendes Wissen in das formale Bildungssystem eingeführt werden kann. Sie beschreibt insbesondere die Situation der Grundschulbildung in der Region Hoher Norden in Kamerun - unabhängig von dem UNESCO-Übereinkommen zur Erhaltung Immateriellen Kulturerbes von 2003 und dem 2005 entstandenen UNESCO-Übereinkommen über den Schutz und zur Förderung der Vielfalt kultureller Ausdrucksformen. Diese Region wurde aufgrund der hohen Dichte fest verankerten, vielfältiger ethnokultureller Identitäten/Entitäten ausgewählt, was der Region landesweit den Ruf des Traditionshüters verleiht. Exemplarisch wurde ein Landkreis der Region Kolara, gewählt, um zu untersuchen wie das rückläufige Wissen ethnokulturellen Erbes mit dem formalen Bildungssystem so in Einklang gebracht werden kann, dass der Bildungsauftrag Kameruns weiterhin umgesetzt werden kann. In diesem Sinne könnte die Studie beispielhaft dafür stehen, wie Kinder sowohl mit einem festen Bezug zu ihren Kulturen als auch weltoffen unterrichtet werden könnten. Die Forschung wird unter der Annahme durchgeführt, dass das derzeitige formale Grundschulsystem für Einschulungskinder unter dem Aspekt der Integration kulturellen Erbes nicht konstruktiv aufgebaut ist. Auf der Grundlage einer Kombination aus partizipativer Forschung und systematischen Datenerhebungsmethoden konnten drei zentrale Bildungserben ausfindig gemacht werden: die ethnokulturellen traditionellen Bildungseinrichtungen, die für die beiden wichtigsten Ethnokulturen Tupuri und Fulbé spezifisch sind sowie das islamisch-arabische Bildungserbe, das von Muslim*innen praktiziert wird, vorwiegend Fulbé. In diesem Zusammenhang konnte festgestellt werden, inwieweit die formale Bildung ethnokulturell zentriert, umweltbezogen und Schüler*innenzentriert ist. KW - Formal education KW - Ethno-cultural heritage KW - Ethno-culture KW - Ethno-cultural education KW - Pedagogy KW - Formale Bildung KW - Ethnokulturelles Erbe KW - Ethnokultur KW - Ethnokulturelle Bildung KW - Pädagogik KW - Sachunterricht KW - Kulturpädagogik KW - Tupuri KW - Fulbe Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64874 ER - TY - JOUR A1 - Barth, Maximilian A1 - Werner, Magdalena A1 - Otto, Pascal A1 - Richwien, Benjamin A1 - Bahramsari, Samira A1 - Krause, Maximilian A1 - Schwan, Benjamin A1 - Abendroth, Christian T1 - Microwave‑assisted organic acids and green hydrogen production during mixed culture fermentation JF - Biotechnology for Biofuels and Bioproducts N2 - Background The integration of anaerobic digestion into bio-based industries can create synergies that help render anaerobic digestion self-sustaining. Two-stage digesters with separate acidification stages allow for the production of green hydrogen and short-chain fatty acids, which are promising industrial products. Heat shocks can be used to foster the production of these products, the practical applicability of this treatment is often not addressed sufficiently, and the presented work therefore aims to close this gap. Batch experiments were conducted in 5 L double-walled tank reactors incubated at 37 °C. Short microwave heat shocks of 25 min duration and exposure times of 5–10 min at 80 °C were performed and compared to oven heat shocks. Pairwise experimental group differences for gas production and chemical parameters were determined using ANOVA and post–hoc tests. High-throughput 16S rRNA gene amplicon sequencing was performed to analyse taxonomic profiles. After heat–shocking the entire seed sludge, the highest hydrogen productivity was observed at a substrate load of 50 g/l with 1.09 mol H2/ mol hexose. With 1.01 mol H2/ mol hexose, microwave-assisted treatment was not significantly different from oven-based treatments. This study emphasised the better repeatability of heat shocks with microwave-assisted experiments, revealing low variation coefficients averaging 29%. The pre-treatment with microwaves results in a high predictability and a stronger microbial community shift to Clostridia compared to the treatment with the oven. The pre-treatment of heat shocks supported the formation of butyric acid up to 10.8 g/l on average, with a peak of 24.01 g/l at a butyric/acetic acid ratio of 2.0. The results support the suitability of using heat shock for the entire seed sludge rather than just a small inoculum, making the process more relevant for industrial applications. The performed microwave-based treatment has proven to be a promising alternative to oven-based treatments, which ultimately may facilitate their implementation into industrial systems. This approach becomes economically sustainable with high temperature heat pumps with a coefficient of performance (COP) of 4.3. KW - Acidification KW - Hydrogen production KW - Volatile fatty acids production KW - Microwave heat shocks KW - 16-S-rRNA sequencing Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1186/s13068-024-02573-7 SN - 2731-3654 VL - 17 PB - BMC CY - London ER -