TY - JOUR A1 - Otto, Pascal A1 - Alipoursarbani, Mozhdeh A1 - Torrent, Daniel A1 - Latorre-Pérez, Adriel A1 - Paust, Thomas A1 - Albert, Alfred A1 - Abendroth, Christian T1 - Microbiome characterization after aerobic digestate reactivation of anaerobically digested sewage sludge T1 - Mikrobiomcharakterisierung nach aerober Gärrestreaktivierung von anaerob vergärtem Klärschlamm N2 - A demonstrator plant of a recently patented process for improved sludge degradation has been implemented on a municipal scale. In a 1500 m3 sewage sludge digester, an intermediary stage with aerobic sewage sludge reactivation was implemented. This oxic activation increased the biogas yield by up to 55% with a 25% reduction of the remaining fermentation residue volume. Furthermore, this process allowed an NH4-N removal of over 90%. Additionally, 16S rRNA gene amplicon high-throughput sequencing of the reactivated digestate showed a reduced number of methane-forming archaea compared to the main digester. Multiple ammonium-oxidizing bacteria were detected. This includes multiple genera belonging to the family Chitinophagaceae (the highest values reached 18.8% of the DNA sequences) as well as a small amount of the genus Candidatus nitrosoglobus (<0.3%). In summary, the process described here provides an economically viable method to eliminate nitrogen from sewage sludge while achieving higher biogas yields and fewer potential pathogens in the residuals. N2 - Eine Demonstrationsanlage eines kürzlich patentierten Verfahrens zur verbesserten Schlammzersetzung wurde im kommunalen Maßstab umgesetzt. In einem 1500 m3 Klärschlammfaulbehälter wurde eine Zwischenstufe mit aerober Klärschlammreaktivierung implementiert. Diese oxische Aktivierung steigerte die Biogasausbeute um bis zu 55 % bei einer Reduzierung des verbleibenden Gärrestvolumens um 25 %. Darüber hinaus ermöglichte dieser Prozess eine NH4-N-Entfernung von über 90 %. Weiterhin zeigte die 16S-rRNA-Gen-Amplikon-Hochdurchsatzsequenzierung des reaktivierten Gärrestes eine geringere Anzahl methanbildender Archaeen im Vergleich zum Hauptfermenter. Es wurden mehrere Ammonium-oxidierende Bakterien nachgewiesen. Dazu gehören mehrere Gattungen der Familie Chitinophagaceae (die höchsten Werte erreichten 18,8 % der DNA-Sequenzen) sowie eine kleine Menge der Gattung Candidatus nitrosoglobus (<0,3 %). Zusammenfassend stellt das hier beschriebene Verfahren eine wirtschaftlich sinnvolle Methode dar, um Stickstoff aus Klärschlamm zu eliminieren und gleichzeitig höhere Biogasausbeuten und weniger potenzielle Krankheitserreger in den Reststoffen zu erzielen. KW - Anaerobic digestion KW - Anaerobic microbiomes KW - Aerobic sludge activation KW - 16S rRNA sequencing KW - Water treatment KW - Belebtschlammverfahren KW - Schlammfaulung KW - Mikroorganismus KW - Gärung KW - Biogas KW - Stickstoff-Elimination KW - Anaerobe Vergärung KW - Anaerobe Mikrobiome KW - Aerobe Schlammaktivierung KW - 16S-rRNA-Sequenzierung KW - Wasserversorgung Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3390/fermentation9050471 ER - TY - CHAP A1 - Lengenfeld, Jonas T1 - The complex masonry of the Schönburg Castle Keep chimney system (1201 CE) in the context of contemporary examples T1 - Die komplexe Steinplanung im Kaminsystem des Bergfriedes der Schönburg bei Naumburg (1201 n.Chr.) im Kontext zeitgenössischer Vergleiche N2 - High Medieval chimneys, although often the focal point of contemporary representative buildings, are rarely a topic of construction history. More often they appear in art or architectural history where they are discussed regarding their style and ornamentation. It is however worthwhile to examine these important representative objects with the tools of the construction historian. In them, we can find important information regarding the contemporary craftsmanship and skills. Based on extensive firsthand examinations and building archaeology this paper aims to discuss the planning and building process of the highly complex cut-stone chimney system in the keep of Schönburg Castle (1201 CE) using new methods of reverse engineering. N2 - Obgleich hochmittelalterliche Kamine oft eine zentrale Stellung in zeitgenössischen repräsentativen Bauten einnehmen sind sie nur selten Thema der Bautechnikgeschichte. Häufiger sind sie Thema der Kunst und Architekturgeschichte welche sich auf Ihre Gestaltung und Ornamentik konzentriert. Es ist jedoch aufschlussreich diese wichtigen Repräsentationsobjekte mit den Mitteln der historischen Bauforschung zu betrachten da Sie uns Informationen zu den zeitgenössischen Fähigkeiten und Techniken offenbaren. Basierend auf ausführlichen bauforscherischen Untersuchungen bespricht diese Arbeit den Bau und Konstruktionsprozess des hochkomplexen Werksteinkaminsystems im Bergfried der Schönburg bei Naumburg unter Verwendung neuer Methoden des reverse engineerings. KW - Chimney KW - Medieval KW - Reverse engineering KW - Building archaeology KW - Kamin KW - Mittelalter KW - Bauforschung KW - Schönburg KW - Werkstein KW - Schönburg Naumburg, Saale KW - Kamin KW - Geschichte Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59801 N1 - Autorenmanuskript, erschienen in: Timber and building construction : proceedings of the ninth annual conference of the Construction History Society / Construction History Society (Editor). - Cambridge : Construction History Society, 2022. - S. 23-38 ER - TY - CHAP A1 - Javed, Abdul Rehman A1 - Scheytt, J. Christoph A1 - Bamidi, Eswara Rao A1 - Kallfass, Ingmar A1 - Krishnegowda, Karthik A1 - Kraemer, Rolf T1 - Real100G.COM T1 - Real100G.COM 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 - Real100G.COM KW - PSSS KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5914 SP - 231 EP - 293 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 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 ER - TY - JOUR A1 - Hasanuzzaman, Gazi A1 - Eivazi, Hamidreza A1 - Merbold, Sebastian A1 - Egbers, Christoph A1 - Vinuesa, Ricardo T1 - Enhancement of PIV measurements via physics-informed neural networks T1 - Verbesserung von PIV-Messungen durch physikinformierte neuronale Netze N2 - Physics-informed neural networks (PINN) are machine-learning methods that have been proved to be very successful and effective for solving governing equations of fluid flow. In this work we develop a robust and efficient model within this framework and apply it to a series of two-dimensional three-component (2D3C) stereo particle-image velocimetry datasets, to reconstruct the mean velocity field and correct measurements errors in the data. Within this framework, the PINNsbased model solves the Reynolds-averaged-Navier-Stokes (RANS) equations for zeropressure-gradient turbulent boundary layer (ZPGTBL) without a prior assumption and only taking the data at the PIV domain boundaries. The TBL data has different flow conditions upstream of the measurement location due to the effect of an applied flow control via uniform blowing. The developed PINN model is very robust, adaptable and independent of the upstream flow conditions due to different rates of wall-normal blowing while predicting the mean velocity quantities simultaneously. Hence, this approach enables improving the mean-flow quantities by reducing errors in the PIV data. For comparison, a similar analysis has been applied to numerical data obtained from a spatially-developing ZPGTBL and an adverse-pressure-gradient (APG) TBL over a NACA4412 airfoil geometry. The PINNs-predicted results have less than 1% error in the streamwise velocity and are in excellent agreement with the reference data. This shows that PINNs has potential applicability to shear-driven turbulent flows with different flow histories, which includes experiments and numerical simulations for predicting high-fidelity data. N2 - Physikalisch informierte neuronale Netze (PINN) sind Methoden des maschinellen Lernens, die sich als sehr erfolgreich und effektiv bei der Lösung von Strömungsgleichungen erwiesen haben. In dieser Arbeit entwickeln wir ein robustes und effizientes Modell in diesem Rahmen und wenden es auf eine Reihe von zweidimensionalen Drei-Komponenten-Stereo-Partikel-Bild-Velocimetrie-Datensätzen (2D3C) an, um das mittlere Geschwindigkeitsfeld zu rekonstruieren und Messfehler in den Daten zu korrigieren. In diesem Rahmen löst das PINN-basierte Modell die Reynolds-gemittelten-Navier-Stokes-Gleichungen (RANS) für die turbulente Grenzschicht mit Null-Druckgradienten (ZPGTBL) ohne vorherige Annahmen und nur unter Verwendung der Daten an den PIV-Domänengrenzen. Die TBL-Daten weisen unterschiedliche Strömungsbedingungen stromaufwärts des Messortes auf, was auf die Wirkung einer angewandten Strömungskontrolle durch gleichmäßiges Blasen zurückzuführen ist. Das entwickelte PINN-Modell ist sehr robust, anpassungsfähig und unabhängig von den stromaufwärts gelegenen Strömungsbedingungen aufgrund unterschiedlicher Raten des Wandnormalblasens bei gleichzeitiger Vorhersage der mittleren Geschwindigkeitsgrößen. Daher ermöglicht dieser Ansatz eine Verbesserung der mittleren Strömungsgrößen durch Reduzierung der Fehler in den PIV-Daten. Zum Vergleich wurde eine ähnliche Analyse auf numerische Daten angewandt, die von einer sich räumlich entwickelnden ZPGTBL und einer TBL mit ungünstigem Druckgradienten (APG) über einer NACA4412-Schaufelgeometrie gewonnen wurden. Die von PINNs vorhergesagten Ergebnisse haben einen Fehler von weniger als 1% in der Strömungsgeschwindigkeit und stimmen hervorragend mit den Referenzdaten überein. Dies zeigt, dass PINNs das Potenzial hat KW - Machine learning KW - Particle image velocimetry KW - Turbulent boundary layer KW - Large Eddy Simulation KW - Measurement KW - Maschinelles Lernen KW - Turbulente Grenzschicht KW - Physikalisch informiertes neuronales Netz KW - Messung KW - Turbulente Grenzschicht KW - Neuronales Netz KW - Maschinelles Lernen KW - Particle-Image-Velocimetry Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1088/1361-6501/aca9eb ER - TY - JOUR A1 - Krishna, Ajay A1 - Schiffer, Johannes A1 - Raisch, Jörg T1 - Distributed secondary frequency control in microgrids : robustness and steady-state performance in the presence of clock drifts T1 - Verteilte Sekundärfrequenzregelung in Mikronetzen : Robustheit und stationäre Leistung in Anwesenheit von Taktdifferenzen N2 - Microgrids are distributed systems with high share of inverter-interfaced renewable energy sources where stable and reliable system operation is realized by suitably controlling the inverters. In this work, we focus on secondary frequency control, which is an important ancillary service provided by the inverters. In the literature on secondary frequency control, the effect of clock drifts has often been neglected. However, clock drifts are practically unavoidable parameter uncertainties in inverter-based microgrids and we show that the most commonly employed distributed secondary frequency controllers exhibit performance deteriorations when taking clock drifts explicitly into consideration. Motivated by this, we propose a novel alternative control law called generalized distributed averaging integral (GDAI) control, which achieves the secondary control objectives of steady-state accurate frequency restoration and proportional power sharing in the presence of clock drifts. In addition, we derive a sufficient tuning criterion in the form of a set of linear matrix inequalities (LMIs) which guarantees robust stability of the closed-loop equilibrium point in the presence of uncertain clock drifts. Finally, our analysis is validated extensively via simulation with comprehensive comparisons to other related distributed control approaches. N2 - Mikronetze sind dezentrale Systeme mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energiequellen, bei denen ein stabiler und zuverlässiger Systembetrieb durch eine geeignete Regelung der Wechselrichter erreicht wird. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf die sekundäre Frequenzregelung, die eine wichtige Zusatzfunktion der Wechselrichter darstellt. In der Literatur zur Sekundärfrequenzregelung wurde die Auswirkung von Taktdifferenzen oft vernachlässigt. Taktdifferenzen sind jedoch praktisch unvermeidbare Parameterunsicherheiten in umrichterbasierten Mikronetzen, und wir zeigen, dass die am häufigsten eingesetzten verteilten Sekundärfrequenzregler Leistungseinbußen aufweisen, wenn Taktdifferenzen explizit berücksichtigt werden. Aus diesem Grund schlagen wir ein neuartiges, alternatives Regelungsgesetz vor, das als verallgemeinertes verteiltes Mittelwertintegral (GDAI) bezeichnet wird und die sekundären Regelungsziele der genauen Frequenzwiederherstellung im stationären Zustand und der proportionalen Leistungsaufteilung in Anwesenheit von Taktdifferenzen erreicht. Darüber hinaus leiten wir ein hinreichendes Entwurfskriterium der Reglerverstärkungsfaktoren in Form einer Reihe von linearen Matrixungleichungen (LMIs) ab, welches robuste Stabilität des Gleichgewichtspunktes im geschlossenen Regelkreis bei unsicheren Taktschwankungen garantiert. Abschließend wird unsere Analyse durch Simulationen und umfassende Vergleiche mit anderen verwandten dezentralen Regelungsansätzen umfassend validiert. KW - Microgrids KW - Distributed control KW - Consensus algorithms KW - Power systems KW - Secondary frequency control KW - Sekundärfrequenzregelung KW - Mikronetze KW - Robustheit KW - Taktdifferenzen KW - Wechselrichter KW - Microgrid KW - Wechselrichter KW - Taktfrequenz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5969 ER - TY - JOUR A1 - Markova-Nenova, Nonka A1 - Engler, Jan O. A1 - Cord, Anna F. A1 - Wätzold, Frank T1 - Will passive acoustic monitoring make result-based payments more attractive? A cost comparison with human observation for farmland bird monitoring T1 - Wird passives akustisches Monitoring ergebnisorientierte Zahlungen attraktiver machen? Ein Kostenvergleich mit menschlicher Beobachtung für das Monitoring von Vögeln in der Landwirtschaft N2 - Result-based payments (RBPs) reward land users for conservation outcomes and are a promising alternative to standard payments, which are targeted at specific land use measures. A major barrier to the implementation of RBPs, particularly for the conservation of mobile species, is the substantial monitoring cost. Passive acoustic monitoring may offer promising opportunities for low-cost monitoring as an alternative to human observation. We develop a costing framework for comparing human observation and passive acoustic monitoring and apply it to a hypothetical RBP scheme for farmland bird conservation. We consider three different monitoring scenarios: daytime monitoring for the whinchat and the ortolan bunting, nighttime monitoring for the gray partridge and the common quail, and day-and-night monitoring for all four species. We also examine the effect of changes in relevant parameters (such as participating area, travel distance and required monitoring time) on the cost comparison. Our results show that passive acoustic monitoring is still more expensive than human observation for daytime monitoring. In contrast, passive acoustic monitoring has a cost advantage for nighttime as well as day-and-nighttime monitoring in all considered scenarios. N2 - Ergebnisorientierte Zahlungen (RBP) entlohnen Landnutzer für Erhaltungs- und Naturschutzmaßnahmen und sind eine vielversprechende Alternative zu Standardzahlungen, die auf bestimmte Maßnahmen ausgerichtet sind. Ein großes Hindernis für die Umsetzung von RBP, insbesondere für die Erhaltung mobiler Arten, sind die erheblichen Monitoringkosten. Passives akustisches Monitoring kann eine Möglichkeit für kostengünstige Überwachung sein, als Alternative zur Beobachtung. Wir entwickeln einen Kostenrahmen für den Vergleich zwischen menschlicher Beobachtung und passivem akustischen Monitoring und wenden ihn auf ein hypothetisches RBP-Programm zum Schutz von Ackerlandvögeln an. Dabei betrachten wir drei verschiedene Monitoringszenarien: Monitoring bei Tag für Braunkehlchen und Goldammer, Monitoring bei Nacht für Rebhuhn und Wachtel sowie Monitoring bei Tag und Nacht für alle vier Arten. Wir untersuchen auch die Auswirkungen von Änderungen relevanter Parameter (wie z. B. teilnehmende Fläche, Länge der Route und erforderliche Monitoringzeit) auf den Kostenvergleich. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das passive akustische Monitoring bei Tag immer noch teurer ist als die menschliche Beobachtung. Im Gegensatz dazu hat das passive akustische Monitoring in allen betrachteten Szenarien einen Kostenvorteil für das nächtliche sowie das Tag-und-Nacht-Monitoring. KW - Performance-based payments KW - Monitoring costs KW - PAM KW - ARU KW - AudioMoth KW - Monitoringkosten KW - Ergebnishonorierung KW - Naturschutz KW - Landwirtschaft KW - Monitoring KW - Vögel KW - Erfolgshonorar KW - Kostenvergleich Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1111/csp2.13003 ER - TY - JOUR A1 - Frimpong, Bernard Fosu A1 - Koranteng, Addo A1 - Opoku, Fosu Senior T1 - Analysis of urban expansion and its impact on temperature utilising remote sensing and GIS techniques in the Accra metropolis in Ghana (1986–2022) T1 - Analyse der Stadterweiterung und ihrer Auswirkungen auf die Temperatur mit Hilfe von Fernerkundung und GIS-Techniken in der Metropole Accra in Ghana (1986-2022) N2 - The Accra Metropolis of Ghana has experienced rapid urban expansion over the past decades. Agricultural and forest-lands have been transformed into urban/built-up areas. This study analysed urban expansion and its relationship with the temperature of Accra from 1986 to 2022. Multi-source datasets such as remote sensing (RS) and other ancillary data were utilised. Land use land cover (LULC) maps were produced employing the random forests classifier. Land surface temperature (LST) and selected d(RS) Indices were extracted. Regression techniques assessed the interplay between LST and remote sensing indices. The LULC maps revealed increasing trends in the urban/built-up areas at the expense of the other LULC types. The analysis from the LST and the RS indices revealed a direct relationship between temperature and urban/built-up areas and an inverse relationship between temperature and vegetation. Thus, spatial urban expansion has modified the urban temperature of Accra. The integrated utilisation of RS and GIS demonstrated to be an efficient approach for analysing and monitoring urban expansion and its relationship with temperature. N2 - Die Metropole Accra in Ghana hat in den letzten Jahrzehnten eine rasante Ausdehnung des Stadtgebietes erlebt. Landwirtschaftliche Flächen und Waldgebiete wurden in städtische/bebaute Gebiete umgewandelt. Diese Studie untersuchte die städtische Expansion und ihre Beziehung zur Temperatur in Accra von 1986 bis 2022. Es wurden Daten aus mehreren Quellen wie Fernerkundung (Remote Sensing, RS) und andere Zusatzdaten verwendet. Landnutzungs- und Landbedeckungskarten (Land Use Land Cover, LULC) wurden mit Hilfe des Random-Forest-Klassifikators erstellt. Landoberflächentemperatur (Land Surface Temperature, LST) und ausgewählte d(RS)-Indizes wurden extrahiert. Mit Regressionstechniken wurde das Zusammenspiel zwischen LST und Fernerkundungsindizes untersucht. Die LULC-Karten zeigten zunehmende Trends in den städtischen/bebauten Gebieten auf Kosten der anderen LULC-Typen. Die Analyse der LST- und RS-Indizes ergab eine direkte Beziehung zwischen Temperatur und städtischen/bebauten Gebieten und eine umgekehrte Beziehung zwischen Temperatur und Vegetation. Somit hat die räumliche Ausdehnung der Städte die städtische Temperatur in Accra verändert. Die integrierte Nutzung von RS und GIS erwies sich als effizienter Ansatz für die Analyse und Überwachung der städtischen Expansion und ihrer Beziehung zur Temperatur. KW - Urban expansion KW - Change detection KW - Land use land cover KW - Regression KW - Remote sensing KW - Städtische Expansion KW - Erkennung von Veränderungen KW - Landnutzung Landbedeckung KW - Temperatur KW - Fernerkundung KW - Accra KW - Stadt KW - Expansion KW - Landnutzung KW - Temperatur KW - Fernerkundung Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1007/s42452-023-05439-z ER - TY - JOUR A1 - König, Paul A1 - Sharma, Dikshant A1 - Konda, Karunakar Reddy A1 - Xie, Tianxiao A1 - Höschler, Klaus T1 - Comprehensive review on cooling of permanent magnet synchronous motors and their qualitative assessment for aerospace applications T1 - Umfassender Überblick über die Kühlung von Permanentmagnet-Synchronmotoren und ihre qualitative Bewertung für Luft- und Raumfahrtanwendungen N2 - The permanent magnet synchronous motor (PMSM) can be a suitable candidate for electrified propulsion in aviation. Despite the very high efficiency, heat dissipation during operation leads to performance limitations. Elevated temperatures in the electrical insulations and the magnets pose a potential safety risk that must be reduced by selective cooling. A comprehensive review is conducted to capture current research interests in cooling methods in PMSM. Cooling methods are described according to their heat transfer mechanism, grouped, and assigned to the components within the motor. Key findings of the literature reviewed are described in the context of PMSM cooling. Information on cooling media and potential combinations of cooling methods in components is gathered. Assessment parameters such as safety, weight, effectiveness, integrability, complexity and cost are defined to enable a subsequent qualitative analysis for six selected cooling methods. A point-weighted evaluation approach, according to VDI 2225, was applied to identify the most promising cooling approach for successful implementation in aviation. N2 - Der Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) ist ein geeigneter Kandidat für elektrifizierte Antriebe in der Luftfahrt. Trotz des sehr hohen Wirkungsgrades führt die Abwärme während des Betriebs zu Leistungseinschränkungen. Erhöhte Temperaturen in den elektrischen Isolierungen und den Permanentmagneten stellen ein potenzielles Sicherheitsrisiko dar, das durch gezielte Kühlung reduziert werden muss. Ein umfassender Überblick über die aktuellen Forschungsaktivitäten im Bereich der Kühlungsmethoden für PMSM wird vorgestellt. Die Kühlungsmethoden werden nach ihrem Wärmeübertragungsmechanismus beschrieben, gruppiert und den Komponenten innerhalb des Motors zugeordnet. Die wichtigsten Ergebnisse der gesichteten Literatur werden im Zusammenhang mit der PMSM-Kühlung beschrieben. Es werden Informationen über Kühlmedien und mögliche Kombinationen von Kühlmethoden in Komponenten gesammelt. Bewertungsparameter wie Sicherheit, Gewicht, Effektivität, Integrierbarkeit, Komplexität und Kosten werden definiert, um anschließend eine qualitative Analyse für sechs ausgewählte Kühlmethoden zu ermöglichen. Ein punktgewichteter Bewertungsansatz nach VDI 2225 wurde verwendet, um den vielversprechendsten Kühlungsansatz für eine erfolgreiche Umsetzung in der Luftfahrt zu identifizieren. KW - Electrical machines KW - Electric aviation KW - Motor cooling KW - PMSM KW - Thermal management KW - Elektrische Luftfahrt KW - Elektrische Maschinen KW - Motorkühlung KW - Wärmemanagement KW - Luftfahrt KW - Raumfahrt KW - Elektroantrieb KW - Dauermagneterregter Synchronmotor KW - Kühlung Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3390/en16227524 ER - TY - JOUR A1 - Langner, Thomas A1 - Sieber, Tim A1 - Rietig, Anja A1 - Acker, Jörg T1 - A phenomenological and quantitative view on the degradation of positive electrodes from spent lithium-ion batteries in humid atmosphere T1 - Ein phänomenologischer und quantitativer Blick auf die Degradation von positiven Elektroden aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien in feuchter Atmosphäre N2 - The present study deals with the phenomenological observation of the corrosion of the positive electrode foil of lithium-ion batteries containing LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NMC) as cathode material. Due to the presence of moisture, localized water accumulation is formed on the NMC surface. The water absorbed by the electrolyte reacts with the NMC under Li+/H+ exchange and the resulting pH increase leads to dissolution of the carrier foil and characteristic salt-like blooms on the NMC surface. With the increase in the relative area occupied by the holes in the aluminum foil per time, a sufficiently suitable parameter was found with which to quantitatively determine the extent of corrosion. The degree of degradation depends on time and ambient humidity. It was shown that functional recycling with the water jet method is no longer applicable for degraded foils, since the mechanical stability of the foils decreases as corrosion progresses. Lithium, aluminum, sulfur and oxygen were detected in the blooms using SEM–EDX and Laser-Induced-Breakdown-Spectroscopy (LIBS). The underlying NMC layer was found to contain mainly aluminum and significantly lower lithium content than the non-degraded material. SEM and Raman microscopy analyses also showed that the active material is also locally degraded and therefore no longer suitable for functional recycling. N2 - Die vorliegende Studie befasst sich mit der phänomenologischen Beobachtung der Korrosion der positiven Elektrodenfolie von Lithium-Ionen-Batterien mit LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NMC) als Kathodenmaterial. Durch das Vorhandensein von Feuchtigkeit kommt es zu einer lokalen Wasseransammlung auf der NMC-Oberfläche. Das vom Elektrolyten absorbierte Wasser reagiert mit dem NMC unter Li+/H+-Austausch und der daraus resultierende pH-Anstieg führt zur Auflösung der Trägerfolie und zu charakteristischen salzartigen Ausblühungen auf der NMC-Oberfläche. Mit der Zunahme der relativen Fläche, die von den Löchern in der Aluminiumfolie pro Zeit eingenommen wird, wurde ein hinreichend geeigneter Parameter gefunden, mit dem sich das Ausmaß der Korrosion quantitativ bestimmen lässt. Der Grad der Degradation hängt von der Zeit und der Umgebungsfeuchtigkeit ab. Es konnte gezeigt werden, dass das Funktionsrecycling mit dem Wasserstrahlverfahren bei degradierten Folien nicht mehr anwendbar ist, da die mechanische Stabilität der Folien mit fortschreitender Korrosion abnimmt. Lithium, Aluminium, Schwefel und Sauerstoff wurden in den Ausblühungen mittels SEM-EDX und Laser-Induced-Breakdown-Spectroscopy (LIBS) nachgewiesen. Es wurde festgestellt, dass die darunter liegende NMC-Schicht hauptsächlich Aluminium und einen deutlich geringeren Lithiumgehalt als das nicht abgebaute Material enthält. REM- und Raman-Mikroskopie-Analysen zeigten außerdem, dass das aktive Material ebenfalls lokal degradiert ist und sich daher nicht mehr für ein funktionelles Recycling eignet. KW - Analytical chemistry Surface chemistry KW - Inorganic chemistry KW - Materials chemistry KW - Process chemistry KW - Materials science KW - Analytische Chemie KW - Anorganische Chemie KW - Werkstoffchemie KW - Werkstoffkunde KW - Chemische Technik KW - Analytische Chemie KW - Lithiumbatterie KW - Elektrodenfolie KW - Korrosion KW - Recycling Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1038/s41598-023-32688-0 ER - TY - JOUR A1 - Schneidereit, Toni A1 - Breuß, Michael T1 - Adaptive neural-domain refinement for solving time-dependent differential equations T1 - Adaptive neuronale Verfeinerung zur Lösung von zeitabhängigen Differentialgleichungen N2 - A classic approach for solving differential equations with neural networks builds upon neural forms, which employ the differential equation with a discretisation of the solution domain. Making use of neural forms for time-dependent differential equations, one can apply the recently developed method of domain segmentation. That is, the domain may be split into several subdomains, on which the optimisation problem is solved. In classic adaptive numerical methods, the mesh as well as the domain may be refined or decomposed, in order to improve the accuracy. Also, the degree of approximation accuracy may be adapted. Therefore, it is desirable to transfer such important and successful strategies to the field of neural-network-based solutions. In the presented work, we propose a novel adaptive neural approach to meet this aim for solving time-dependent problems. To this end, each subdomain is reduced in size until the optimisation is resolved up to a predefined training accuracy. In addition, while the neural networks employed are by default small, we propose a means to adjust also the number of neurons in an adaptive way. We introduce conditions to automatically confirm the solution reliability and optimise computational parameters whenever it is necessary. Results are provided for several initial-value problems that illustrate important computational properties of the method. N2 - Ein klassischer Ansatz zur Lösung von Differentialgleichungen mit neuronalen Netzen beruht auf neuronalen Formen, welche die Differentialgleichung mit einer Diskretisierung des Lösungsbereichs verwenden. Der Ansatz der neuronalen Formen für zeitabhängige Differentialgleichungen kann durch die kürzlich entwickelte Methode der Domänensegmentierung erweitert werden. Das Gebiet wird dadurch in mehrere Teilgebiete aufgeteilt, auf denen das Optimierungsproblem gelöst wird. Bei klassischen adaptiven numerischen Verfahren können sowohl das Netz als auch das Gebiet verfeinert oder zerlegt werden, um die Genauigkeit zu verbessern. Auch der Grad der Approximation kann angepasst werden. Daher ist es wünschenswert, solche Strategien auf den Bereich der auf neuronalen Netzen basierenden Lösungen zu übertragen. In der vorliegenden Arbeit schlagen wir einen neuartigen adaptiven neuronalen Ansatz vor, um dieses Ziel für die Lösung zeitabhängiger Probleme zu erreichen. Zu diesem Zweck wird jedes Teilgebiet so lange verkleinert, bis die Optimierung bis zu einer vordefinierten Trainingsgenauigkeit gelöst ist. Während die verwendeten neuronalen Netze standardmäßig klein sind, schlagen wir darüber hinaus eine Möglichkeit vor, auch die Anzahl der Neuronen auf adaptive Weise anzupassen. Wir führen Bedingungen ein, um die Zuverlässigkeit der Lösung automatisch zu bestätigen und die Berechnungsparameter zu optimieren, wenn dies erforderlich ist. Es werden Ergebnisse für mehrere Anfangswertprobleme vorgelegt, die wichtige rechnerische Eigenschaften der Methode veranschaulichen. KW - Neural forms KW - Differential equations KW - Physics-informed neural networks KW - Adaptive neural refinement KW - Domain decomposition KW - Neuronale Formen KW - Differentialgleichungen KW - Physikalisch informierte neuronale Netze KW - Adaptive neuronale Verfeinerung KW - Gebietszerlegung KW - Differentialgleichung KW - Neuronales Netz Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1186/s13662-023-03789-x ER - TY - JOUR A1 - Geyer, Thomas A1 - Windisch, Thomas A1 - Fritsche, Christoph A1 - Sarradj, Ennes T1 - Dataset on permeability of wings from owls and non-silently flying birds T1 - Datensatz zur Luftdurchlässigkeit der Flügel von Eulen und nicht-leise fliegenden Vögeln N2 - The very soft and flow-permeable plumage is among the special adaptations of the owl that the silent flight is attributed to. Using a specially designed apparatus that provides a low-speed volume flow of air through a small sample of porous materials, measurements of the air flow permeability were performed in accordance to ISO 9053 on a total of 39 prepared wing specimen from six different bird species, including three species of silently flying owls and three non-silently flying bird species. The resulting data set described in the present paper contains the static airflow resistance measured at different positions on the wing. N2 - Das weiche und luftdurchlässige Gefieder der Eule ist eine der Anpassungen, die als verantwortlich für den leisen Flug der Eule gelten. In Anlehnung an ISO 9053 wurde die Durchlässigkeit des Eulengefieders mit Hilfe einer speziellen Messeinrichtung an insgesamt 39 präparierten Flügeln von 6 verschiedenen Vogelarten gemessen. Dazu gehörten drei Spezies von leise fliegenden Eulen sowie drei Spezies von nicht-leise fliegenden Vögeln. Der vorliegende Beitrag beschreibt den resultierenden Datensatz des an verschiedenen Flügelpositionen gemessenen Durchströmungswiderstands. KW - Owl wing KW - Air flow resistivity KW - Permeability KW - Silent flight KW - Acoustics KW - leiser Eulenflug KW - Strömungswiderstand KW - Permeabilität KW - Eulenflug KW - Akustik KW - Eulen KW - Vogelflug KW - Strömungswiderstand KW - Akustik KW - Permeabilität Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1016/j.dib.2023.109825 ER - TY - CHAP A1 - Rueda-Escobedo, Juan G. A1 - Moreno, Jaime A. A1 - Schiffer, Johannes T1 - Finite-time estimation of time-varying frequency signals in low-inertia power systems N2 - The ongoing and unprecedented transformation of power systems leads to a reduction in the number of conventional power plants, which are the classical actuators of the grid. In addition, this development results in a decreasing system inertia, which is expected to yield faster frequency dynamics. Therefore power-electronics-interfaced units have to take over system control tasks and, in particular, frequency control. For this purpose, accurate and fast estimation algorithms for time-varying frequency signals are needed. Motivated by this fact, we propose a time-varying parameter estimator and a tuning criterion, which for sufficiently small initial estimation errors allows to reconstruct the time-varying frequency signal of a symmetric three-phase waveform in finite time. The proposed estimator is derived by using a time-varying version of the super twisting algorithm and its performance is illustrated via numerical examples. N2 - Die aktuelle und noch nie dagewesene Transformation der Energiesysteme führt derzeit zu einer Verringerung der Anzahl der konventionellen Kraftwerke, die die klassischen Stellglieder des Netzes sind. Darüber hinaus führt diese Entwicklung zu einer abnehmenden Systemträgheit, die eine schnellere Frequenzdynamik erwarten lässt. Daher müssen leistungselektronische Einheiten Aufgaben der Systemsteuerung und insbesondere der Frequenzregelung übernehmen. Zu diesem Zweck werden genaue und schnelle Schätzalgorithmen für zeitlich variierende Frequenzsignale benötigt. Aus diesem Grund schlagen wir einen Schätzalgorithmus für zeitvariable Parameter und ein Abstimmungskriterium vor, welcher es bei hinreichend kleinen anfänglichen Schätzfehlern ermöglicht, das zeitvariable Frequenzsignal einer symmetrischen dreiphasigen Wellenform in endlicher Zeit zu rekonstruieren. Der vorgeschlagene Schätzalgorithmus wird unter Verwendung einer zeitvariablen Version des Super-Twisting-Algorithmus abgeleitet und seine Leistungsfähigkeit anhand von numerischen Beispielen illustriert. T2 - Schätzung von zeitlich veränderlichen Frequenzsignalen in Energiesystemen mit geringer Massenträgheit KW - Distributed power generation KW - Frequency control KW - Parameter estimation KW - Power plants KW - Power system control KW - Frequenzsignale KW - Massenträgheit KW - Systemsteuerung KW - Transformation KW - Frequenzdynamik KW - Energieversorgung KW - Frequenzstabilität Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5988 SP - 2108 EP - 2114 ER - TY - CHAP A1 - Segabinazzi Ferreira, Raphael A1 - Nolte, Jörg T1 - Low latency reconfiguration mechanism for fine-grained processor internal functional units N2 - The strive for performance, low power consumption, and less chip area have been diminishing the reliability and the time to fault occurrences due to wear out of electronic devices. Recent research has shown that functional units within processors usually execute a different amount of operations when running programs. Therefore, these units present different individual wear out during their lifetime. Most existent schemes for re-configuration of processors due to fault detection and other processor parameters are done at the level of cores which is a costly way to achieve redundancy. This paper presents a low latency (approximately 1 clock cycle) software controlled mechanism to reconfigure units within processor cores according to predefined parameters. Such reconfiguration capability delivers features like wear out balance of processor functional units, configuration of units according to the criticality of tasks running on an operating system and configurations to gain in performance (e.g. parallel execution) when possible. The focus of this paper is to show the implemented low latency reconfiguration mechanism and highlight its possible main features. KW - Functional units low latency KW - Fine-grained KW - Reconfiguration KW - Software KW - Rekonfiguration KW - Mikroprozessor KW - Latenzzeit Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-50497 ER - TY - CHAP A1 - Rotta, Randolf A1 - Segabinazzi Ferreira, Raphael A1 - Nolte, Jörg T1 - Real-time dynamic hardware reconfiguration for processors with redundant functional units T2 - Proceedings of the 2020 IEEE 23rd International Symposium on Real-Time Distributed Computing (ISORC) N2 - The tiny logic elements in modern integrated circuits increase the rate of transient failures significantly. Therefore, redundancy on various levels is necessary to retain reliability. However, for mixed-criticality scenarios, the typical processor designs offer either too little fault-tolerance or too much redundancy for one part of the applications. Amongst others, we specifically address redundant processor internal functional units (FU) to cope with transient errors and support wear leveling. A real-time operating system (RTOS) was extended to control our prototypical hardware platform and, since it can be configured deterministically within few clock cycles, we are able to reconfigure the FUs dynamically, at process switching time, according to the specified critically of the running processes. Our mechanisms were integrated into the Plasma processor and the Plasma-RTOS. With few changes to the original software code, it was, for example, possible to quickly change from fault-detecting to fault-correcting modes of the processor on demand. KW - Reconfiguration KW - Run-Time KW - Modular redundancy KW - Mixed-criticality KW - Rekonfiguration KW - Laufzeit KW - Funktionseinheit KW - Redundanz Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52031 SN - 978-1-7281-6958-3 SN - 2375-5261 PB - Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. (IEEE) CY - Nashville, TN, USA ER - TY - JOUR A1 - Richter, Jana A1 - Rachow, Fabian A1 - Israel, Johannes A1 - Roth, Norbert A1 - Charlafti, Evgenia A1 - Günther, Vivien A1 - Flege, Jan Ingo A1 - Mauss, Fabian T1 - Reaction mechanism development for methane steam reforming on a Ni/Al2O3 catalyst T1 - Entwicklung eines Reaktionsmechanismus für die Methan-Dampfreformierung an einem Ni/Al2O3-Katalysator N2 - In this work, a reliable kinetic reaction mechanism was revised to accurately reproduce the detailed reaction paths of steam reforming of methane over a Ni/Al2O3 catalyst. A steadystate fixed-bed reactor experiment and a 1D reactor catalyst model were utilized for this task. The distinctive feature of this experiment is the possibility to measure the axially resolved temperature profile of the catalyst bed, which makes the reaction kinetics inside the reactor visible. This allows for understanding the actual influence of the reaction kinetics on the system; while pure gas concentration measurements at the catalytic reactor outlet show near-equilibrium conditions, the inhere presented temperature profile shows that it is insufficient to base a reaction mechanism development on close equilibrium data. The new experimental data allow for achieving much higher quality in the modeling efforts. Additionally, by carefully controlling the available active surface via dilution in the experiment, it was possible to slow down the catalyst conversion rate, which helped during the adjustment of the reaction kinetics. To assess the accuracy of the revised mechanism, a monolith experiment from the literature was simulated. The results show that the fitted reaction mechanism was able to accurately predict the experimental outcomes for various inlet mass flows, temperatures, and steam-to-carbon ratios. N2 - In dieser Arbeit wurde ein zuverlässiger kinetischer Reaktionsmechanismus überarbeitet, um die detaillierten Reaktionswege der Dampfreformierung von Methan über einem Ni/Al2O3-Katalysator genau zu reproduzieren. Dazu wurden ein stationäres Festbettreaktorexperiment und ein 1D-Reaktor Katalysatormodell verwendet. Die Besonderheit dieses Experiments ist die Möglichkeit das axial aufgelöste Temperaturprofil des Katalysatorbetts zu messen, wodurch die Reaktionskinetik im Reaktor sichtbar wird. Dies ermöglicht es den tatsächlichen Einfluss der Reaktionskinetik auf das System zu verstehen. Während Messungen der reinen Gaskonzentration am Ausgang des katalytischen Reaktors Bedingungen nahe am Gleichgewicht zeigen, zeigt das hier dargestellte Temperaturprofil, dass es nicht ausreicht, die Entwicklung eines Reaktionsmechanismus auf Daten nahe am Gleichgewicht zu stützen. Die neuen experimentellen Daten ermöglichen es, eine wesentlich höhere Qualität bei der Modellierung zu erreichen. Durch eine sorgfältige Kontrolle der verfügbaren aktiven Oberfläche mittels Verdünnung im Experiment war es außerdem möglich, die Katalysatorumsatzrate zu verlangsamen, was bei der Anpassung der Reaktionskinetik hilfreich war. Um die Genauigkeit des überarbeiteten Mechanismus zu bewerten, wurde auch ein Monolith-Experiment aus der Literatur simuliert. Die Ergebnisse zeigen, dass der angepasste Reaktionsmechanismus in der Lage war, die experimentellen Ergebnisse für verschiedene Einlassmassenströme, Temperaturen und Dampf-Kohlenstoff-Verhältnisse genau vorherzusagen. KW - 1D modeling KW - Reaction rates KW - Methane steam reforming KW - Fixed-bed reactor experiments KW - Nickel catalyst KW - 1D-Modellierung KW - Reaktionsgeschwindigkeiten KW - Methan-Dampfreformierung KW - Festbettreaktor-Experimente KW - Nickel-Katalysator KW - Katalysator KW - Reaktionsmechanismus KW - Festbettreaktor KW - Steamreforming KW - Reaktionsgeschwindigkeit Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3390/catal13050884 ER - TY - JOUR A1 - Zeißig, Anke T1 - Boredom as the originator of a desideratum : reflections on the creative and suppressive consequences of boredom in the school context T1 - Langeweile als Urheber eines Desiderats : Überlegungen zu den kreativen und suppressiven Folgen der Langeweile im Schulkontext N2 - Bored children begin to draw, do crafts, to fidget - or they do something bad. Others fall silent, withdraw, or become lethargic. Research on school-related boredom has focused primarily on the negative consequences of boredom, such as decreased cognitive performance, motivation or attentativeness, or disruptiveness. These negative aspects of boredom can be contrasted by the notion that boredom can promote creative performance. This paper reflects on boredom's creative and suppressive consequences as an interplay of personality traits and behavioral possibilities in school situations, on the one hand, and as an interplay of situational experiences with constituent developmental processes on the other. It is proposed that boredom is a gauge of the learner's resonance with school content, learning and/or developmental relationships. Boredom indicates a psychological need and its desideratum. Thus, both creative and suppressive potentials are inherent in boredom. N2 - Kinder, die sich langweilen, fangen an zu malen, zu basteln, zu zappeln - oder sie stellen etwas an. Andere verstummen, ziehen sich zurück oder werden lethargisch. Die Forschung über Langeweile in der Schule hat sich in erster Linie auf ihre negativen Folgen konzentriert, wie z. B. verringerte kognitive Leistung, Verlust von Motivation oder Aufmerksamkeit oder störendes Verhalten. Diesen negativen Aspekten der Langeweile kann die Vorstellung gegenübergestellt werden, dass Langeweile kreative Leistungen fördern kann. In diesem Beitrag werden die kreativen und suppressiven Folgen von Langeweile einerseits als Zusammenspiel von Persönlichkeitsmerkmalen und Verhaltensmöglichkeiten in schulischen Situationen und andererseits als Zusammenspiel von situativen Erfahrungen mit konstituierenden Entwicklungsprozessen betrachtet. Es wird vorgeschlagen, dass Langeweile ein Gradmesser für die Resonanz des Lernenden mit schulischen Inhalten, Lern- oder Entwicklungsbeziehungen ist. Langeweile weist auf ein psychisches Bedürfnis und dessen Desiderat hin. Dadurch sind der Langeweile sowohl kreative als auch unterdrückende Potenziale inhärent. KW - Boredom KW - Creativity KW - Education KW - School KW - Langeweile KW - Kreativität KW - Bildung KW - Schule KW - Spiritualität KW - Bildung KW - Kind KW - Kognitive Entwicklung KW - Langeweile KW - Sozialpädagogik KW - Boredom KW - Education Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3389/fsoc.2023.1214069 ER - TY - JOUR A1 - Ali, Aamir A1 - Khan, Muhammad Moman A1 - Kolenda, Rafal A1 - Olowe, Olugbenga Adekunie A1 - Weinreich, Jörg A1 - Li, Ganwu A1 - Schierack, Peter T1 - The role of AJB35136 and fdtA genes in biofilm formation by avian pathogenic Escherichia coli T1 - Die Rolle von AJB35136- und fdtA-Genen bei der Biofilmbildung von aviären pathogenen Escherichia coli N2 - Background Infections caused by avian pathogenic Escherichia coli (APEC) result in significant economic losses in poultry industry. APEC strains are known to form biofilms in various conditions allowing them to thrive even under harsh and nutrient-deficient conditions on different surfaces, and this ability enables them to evade chemical and biological eradication methods. Despite knowing the whole genome sequences of various APEC isolates, little has been reported regarding their biofilm-associated genes. A random transposon mutant library of the wild-type APEC IMT 5155 comprising 1,300 mutants was analyzed for biofilm formation under nutrient deprived conditions using Videoscan technology coupled with fluorescence microscopy. Seven transposon mutants were found to have reproducibly and significantly altered biofilm formation and their mutated genes were identified by arbitrary PCR and DNA sequencing. The intact genes were acquired from the wild-type strain, cloned in pACYC177 plasmid and transformed into the respective altered biofilm forming transposon mutants, and the biofilm formation was checked in comparison to the wild type and mutant strains under the same conditions. Results In this study, we report seven genes i.e., nhaA, fdeC, yjhB, lysU, ecpR, AJB35136 and fdtA of APEC with significant contribution to biofilm formation. Reintroduction of AJB35136 and fdtA, reversed the altered phenotype proving that a significant role being played by these two O-antigen related genes in APEC biofilm formation. Presence of these seven genes across nonpathogenic E. coli and APEC genomes was also analyzed showing that they are more prevalent in the latter. N2 - Hintergrund Infektionen, die durch aviäre pathogene Escherichia coli (APEC) verursacht werden, führen zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten in der Geflügelindustrie. Es ist bekannt, dass APEC-Stämme unter verschiedenen Bedingungen Biofilme bilden, die es ihnen ermöglichen, selbst unter rauen und nährstoffarmen Bedingungen auf verschiedenen Oberflächen zu gedeihen. Diese Fähigkeit ermöglicht es ihnen, sich chemischen und biologischen Eradikationsmethoden zu entziehen. Obwohl die gesamten Genomsequenzen verschiedener APEC-Isolate bekannt sind, wurde bisher nur wenig über ihre Biofilm-assoziierten Gene berichtet. Eine zufällige Transposon-Mutantenbibliothek des Wildtyps APEC IMT 5155, die 1.300 Mutanten umfasst, wurde mit Hilfe der Videoscan-Technologie in Verbindung mit Fluoreszenzmikroskopie auf Biofilmbildung unter nährstoffarmen Bedingungen untersucht. Bei sieben Transposon-Mutanten wurde eine reproduzierbare und signifikant veränderte Biofilmbildung festgestellt, und ihre mutierten Gene wurden durch willkürliche PCR und DNA-Sequenzierung identifiziert. Die intakten Gene wurden dem Wildtyp-Stamm entnommen, in das pACYC177-Plasmid kloniert und in die jeweiligen veränderten biofilmbildenden Transposon-Mutanten transformiert, und die Biofilmbildung wurde im Vergleich zum Wildtyp und den mutierten Stämmen unter denselben Bedingungen überprüft. Ergebnisse In dieser Studie konnten wir sieben Gene, d.h. nhaA, fdeC, yjhB, lysU, ecpR, AJB35136 und fdtA von APEC mit einem signifikanten Beitrag zur Biofilmbildung nachweisen. Die Wiedereinführung von AJB35136 und fdtA kehrte den veränderten Phänotyp um, was beweist, dass diese beiden mit dem O-Antigen verbundenen Gene eine wichtige Rolle spielen. KW - APEC KW - Biofilm KW - Gene KW - Complementation KW - Transposon mutant KW - VideoScan KW - Genkomplementierung KW - Transposon-Mutanten KW - Geflügelkrankheit KW - Escherichia coli KW - Biofilm KW - Komplementation KW - Transponson KW - Mutant Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1186/s12917-023-03672-7 ER - TY - CHAP A1 - Schmitt, Rebecca Erika T1 - The geometric design of Christoph Dientzenhofer's 'radical' vaults T1 - Der geometrische Entwurf der 'radikalen' Gewölbe Christoph Dientzenhofers N2 - Christoph Dientzenhofer (1655–1722) is considered one of the most important Baroque master builders of Central Europe. From his extensive architectural oeuvre, a group of six church buildings with geometrically complex forms stands out, recognised by architectural historians as particularly innovative and influential. These churches, located in Bohemia (Czech Republic), and often collectively referred to as the ‘radical’, ‘dynamic’, ‘Guarinesque’, or simply ‘Bohemian’ group, are: St. Joseph in Obořiště (1702–11), the Castle Church in Smiřice (1702–11), St. Nicholas in the Lesser Town of Prague (1703–11), St. Clare in Cheb (1707–11), St. Margaret in Břevnov (1708–16), and the Church of the Holy Assumption in Nová Paka (1709–24). The brick vaults of these six buildings, sequences of oval domes and double-curved vault areas, are of particular interest for building research. In this study, the geometric design of the vaults of Dientzenhofer’s ‘radical’ churches is documented, analysed, and compared using 3D laser scans of the buildings as primary source. The 3D models generated from the scans enable a geometric analysis through the method of reverse geometric engineering, breaking down the vaults’ complex three-dimensional forms into their basic two-dimensional components: segments of circles with different radii and orientations, curved in one or two directions. These forms can be found in the architectural and stereotomic treatises that were widespread at the time. By comparing the vault geometry of the six churches with each other and with the geometric concepts discussed in the treatises, general statements can be made about the architect’s design choices. On the basis of this investigation, hypotheses are made about the design and underlying geometric ideas of the vaults of Dientzenhofer’s ‘radical group’, and the results are placed in context. N2 - Christoph Dientzenhofer (1655–1722) gilt als einer der bedeutendsten Barockbaumeister Mitteleuropas. Aus seinem umfangreichen architektonischen Werk ragt eine Gruppe von sechs Kirchenbauten mit geometrisch komplexen Formen heraus, die von Architekturhistorikern als besonders innovativ und einflussreich angesehen wird. Diese Kirchen, die in Böhmen (Tschechische Republik) stehen und oft als "radikale", "dynamische", "guarineske" oder einfach "böhmische" Gruppe bezeichnet werden, sind: St. Joseph in Obořiště (1702–11), die Schlosskirche in Smiřice (1702–11), St. Niklas auf der Prager Kleinseite (1703–11), St. Klara in Cheb (1707–11), St. Margaretha in Břevnov (1708–16) und Mariä Himmelfahrt in Nová Paka (1709–24). Die Backsteingewölbe dieser sechs Gebäude, Abfolgen von ovalen Kuppeln und doppelt gekrümmten Gewölbeflächen, sind für die Bauforschung von besonderem Interesse. In dieser Studie wird die geometrische Gestaltung der Gewölbe von Dientzenhofers "radikalen" Kirchen anhand von 3D-Laserscans der Gebäude als Primärquelle dokumentiert, analysiert und verglichen. Die aus den Scans generierten 3D-Modelle ermöglichen eine geometrische Analyse durch die Methode des Reverse Geometric Engineering, bei der die komplexen dreidimensionalen Formen der Gewölbe in ihre grundlegenden zweidimensionalen Komponenten zerlegt werden: Kreissegmente mit unterschiedlichen Radien und Ausrichtungen, die in eine oder zwei Richtungen gekrümmt sind. Diese Formen finden sich in den zur Bauzeit weit verbreiteten architektonischen und stereotomischen Traktaten wieder. Durch den Vergleich der Gewölbegeometrie der sechs Kirchen untereinander und mit den in den Traktaten behandelten geometrischen Konzepten lassen sich allgemeine Aussagen über die Entwurfsentscheidungen des Architekten treffen. Auf der Grundlage dieser Untersuchung werden Hypothesen über die Gestaltung und die zugrundeliegenden geometrischen Konzepte der Gewölbe der "radikalen Gruppe" Dientzenhofers aufgestellt und die Ergebnisse in einen Kontext gesetzt. KW - Geometric Design KW - Brick Vault KW - Christoph Dientzenhofer KW - Reverse Engineering KW - Stereotomy KW - Geometrischer Entwurf KW - Backsteingewölbe KW - Reverse Engineering KW - Stereotomie KW - Dietzenhofer, Christoph KW - Kirchenbau KW - Baugestaltung KW - Gewölbe KW - Ziegel KW - Geometrie KW - Dreidimensionales Modell Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-6408 ER - TY - JOUR A1 - Çelik, Gülşah Aktaş A1 - Atapek, Şaban Hakan A1 - Polat, Şeyda A1 - Obrosov, Aleksei A1 - Weiß, Sabine T1 - Nitriding effect on the tribological performance of CrN-, AlTiN-, and CrN/AlTiN-Coated DIN 1.2367 hot work tool steel T1 - Auswirkung des Nitrierens auf das tribologische Verhalten von CrN-, AlTiN- und CrN/AlTiN-beschichteten DIN 1.2367 Warmarbeitsstählen N2 - In this study, heat-treated and multisurface engineered DIN 1.2367 tool steel was subjected to room and elevated temperature wear tests, and the effect of nitriding on its tribological behavior was investigated. CrN, AlTiN, and CrN/AlTiN coatings with a total thickness of 2 µm were obtained by arc cathodic physical vapor deposition on conventional heat-treated and gas-nitrided steels. The white layer formed during nitriding was removed, and a diffusion layer (100 µm) was achieved in the cross section of the steel having a tempered martensitic matrix. The highest surface hardness was attained with an integral coating (CrN/AlTiN), and surface hardness increased even more after nitriding due to the formation of a multicomponent ceramic layer on top of the diffusion layer. The room temperature wear tests performed against an alumina counterpart revealed that (i) CrN/AlTiN-coated steel had the highest friction coefficient of 0.26, which further increased to 0.33 by nitriding due to the increase in shear strength, and that (ii) with increasing surface hardness, the specific wear rates (W) of the heat-treated and coated steels could be ranked as follows: WCrN/AlTiN < WAlTiN < WCrN. The wear rates decreased when nitriding was carried out prior to coating. In order to simulate the aluminum extrusion conditions, hot wear behavior of the surfaces against AA6080 alloy at 450 °C was investigated. The hot wear tests revealed that (i) high friction coefficients were reached due to the adhesive characteristic of aluminum to the surfaces, (ii) the nitrided and CrN/AlTiN-coated sample exhibited the lowest wear rate among all studied surfaces, and (iii) the film damage on the worn surfaces mostly occurred in the form of droplet delamination. N2 - In dieser Studie wurde wärmebehandelter und mehrschichtig bearbeiteter Werkzeugstahl DIN 1.2367 bei Raum- und erhöhter Temperatur Verschleißtests sowie der Einfluss des Nitrierens auf sein tribologisches Verhalten untersucht. Auf konventionell wärmebehandelten und gasnitrierten Stählen wurden CrN-, AlTiN- und CrN/AlTiN-Schichten mit einer Gesamtdicke von 2 µm durch kathodische Gasphasenabscheidung erzeugt. Die beim Nitrieren gebildete weiße Schicht wurde entfernt, und es wurde eine Diffusionsschicht (100 µm) im Querschnitt des Stahls mit angelassener martensitischer Matrix erzeugt. Die höchste Oberflächenhärte wurde mit einer integralen Beschichtung (CrN/AlTiN) erreicht, die nach dem Nitrieren aufgrund der Bildung einer Mehrkomponenten-Keramikschicht auf der Diffusionsschicht noch weiter anstieg. Die bei Raumtemperatur durchgeführten Verschleißtests mit einem Aluminiumoxid-Gegenstück ergaben, dass (i) CrN/AlTiN-beschichteter Stahl den höchsten Reibungskoeffizienten von 0,26 aufwies, der sich nach dem Nitrieren aufgrund der erhöhten Scherfestigkeit auf 0,33 erhöhte, (ii) mit zunehmender Oberflächenhärte die spezifischen Verschleißraten (W) der wärmebehandelten und beschichteten Stähle wie folgt eingestuft werden konnten: WCrN/AlTiN