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In the time of increased awareness about the environment problems by the public opinion and also intensive international efforts to reduce emissions of greenhouse gases, as well increase of the generation of electrical energy to facilitate industrial growth, the conference offers broad contribution towards achieving the goals of diversification and sustainable development.
Focus of the student conference is to promote the discussion of views from scientists and students from Wroclaw University of Technology, Technical University of Ostrava and Brandenburg Technical University of Cottbus.
The conference offers prominent academics and industrial practitioners from all over the world the forum for discussion about the future of electrical energy and environmental issues and presents a base for identifying directions for continuation of research.
In this paper, through a literature review, I clarify the meaning of public space and reflect on theoretical approaches to and methods of assessing the ability of historic public spaces to enhance social sustainability. I explain how the definition of public space and approaches to urban planning share concepts with social sustainability.
Finally, reflecting on examples of empirical research that attempt to
link physical and social components of public spaces, I point out the
methodological strengths and weaknesses in the field.
Die vorliegende Verfahrensbeschreibung enthält alle Änderungen, die mit dem LAWA-Expertenkreis für Seen bis Februar 2015 abgestimmt wurden und folgende Überarbeitungsbereiche betreffen:
1) Es erfolgte eine erhebliche Verfahrenserweiterung für Seen im Mittelgebirge sowie für künstliche und stark veränderte Seen (AWB und HMWB), worunter unter anderem die Talsperren und die Baggerseen fallen. Nach einem ersten Verfahrensentwurf (Hoehn et al. 2009) wurden die Bewertungsgrenzen sowie die Seetypologie nach den Ergebnissen eines Praxistestes der Bundesländer stark überarbeitet (Riedmüller & Hoehn 2011).
2 a) Es wurden die Grenzwerte für die Kenngröße „Biomasse“ an die Grenzwerte für die Trophiestufen des neuen Trophie-Index nach LAWA (2013; Riedmüller et al. 2013b) angepasst.
2 b) Wie im Trophie-Index nach LAWA wurden alle Saisonmittel im PSI auf ein direktes Mittel aus den Termindaten umgestellt, und nicht mehr wie bisher über den Umweg von Monatsmitteln. Dies betrifft auch den PTSI-Jahreswert.
3) Für die Tieflandseen wurden alle Bewertungsroutinen umfassend überarbeitet, die auf Kenngrößen der Algenklassen basieren. Dies erfolgte nach Überprüfung mit einem seit 2006 stark erweiterten Datensatz.
4) Für den Sondertyp der stark sauren Tagebauseen wurde ein Biodiversitäts-Index (Leßmann & Nixdorf 2009) als neue Kenngröße im Phyto-See-Index aufgenommen.
5) In dem neu entwickelten PhytoLoss-Verfahren werden automatisiert Indices für die Grazing-Effektstärke aus den gleichzeitig zum Phytoplankton ermittelten Zooplankton-Daten errechnet, wodurch eine erweiterte Interpretation des Phyto-See-Index und des Nahrungsnetzes erfolgt, und Hinweise auf Handlungsoptionen für die Maßnahmenplanung gegeben werden.
6) Zur Qualitätssicherung des Untersuchungsverfahrens „Phytoplankton zur Bestimmung des Phyto-See-Index“ wurde ein Handbuch erarbeitet (Kapitel 8).
Baukultur in ländlichen Räumen ist Alltagsbaukultur, die von vielen Akteuren mitgeprägt wird. Ein großer Teil der Verantwortung für das baukulturelle Erscheinungsbild liegt auf kommunaler und regionaler Ebene. Baukultur in ländlichen Räumen kann nicht allein auf das Thema regionstypisches und historisches Bauen reduziert werden und bezieht sich nicht nur auf die Architektur des Gebäudes. Das baukulturelle Leitbild ist weiter gefasst und bezieht die Infrastruktur, die öffentlichen Räume sowie die Kulturlandschaft mit ein. Baukultur im ländlichen Raum ist ein Gemeinschaftswerk Vieler.
Um das landesweite Spektrum widerzuspiegeln, wurden Praxisbeispiele aus Kleinstädten (max. 10.000 Einwohner) und Dörfern aus unterschiedlichen Regionen Brandenburgs untersucht. Im Fokus der Betrachtung steht vor allem die Alltagsbaukultur. Von Interesse sind alle strategischen, planerischen und prozessuale Ansätze, die sich ums Planen und Bauen in ländlichen Räumen drehen und für die zukünftige Entwicklung von Leitbildern, Methoden und Verfahren von Bedeutung sein könnten.
Zielsetzung der Untersuchung ist die Erarbeitung eines Leitfadens für die Stärkung der Baukultur im ländlichen Raum. Die Zielgruppe des Leitfadens sind die Akteure der Baukultur in kleineren Städten und Kommunen der ländlichen Regionen Brandenburgs. Der Leitfaden soll jedoch nicht nur als Dokumentation der Ergebnisse dienen. Der Schwerpunkt wird darin liegen, den Prozess aufzuzeigen, der zu einer gelungenen Baukultur geführt hat. Welche Akteurs- und Trägerkonstellationen, welche Instrumente, rechtliche Grundlagen, Beteiligungsverfahren oder Finanzierung sind bei der Umsetzung zur Anwendung gekommen und können anderen Kommunen als Vorbild dienen?
In the time of increased awareness about the environment problems by the public opinion and also intensive international efforts to reduce emissions of greenhouse gases, as well increase of the generation of electrical energy to facilitate industrial growth, the conference offers broad contribution towards achieving the goals of diversification and sustainable development.
Focus of the student conference is to promote the discussion of views from scientists and students from Wroclaw University of Technology, Technical University of Ostrava and Brandenburg Technical University of Cottbus.
The conference offers prominent academics and industrial practitioners from all over the world the forum for discussion about the future of electrical energy and environmental issues and presents a base for identifying directions for continuation of research.
The World Heritage List, created in 1972 by the Convention Concerning the Protection of the World's Cultural and Natural Heritage, exhibits few cultural sites younger than
the signing of the convention, as well as everyday structures which comprise the contemporary urban life.
This idea of heritage as something related to the ancient not only is manifested in the international sphere but has also permeated national views, weakening awareness for discreet heritage, which compete with designs from famous architects or monumental structures, giving the impression that grandeur and looks are highly coveted. This does not only discard relevant events of the mid-late 20th century attached to smaller constructions that had impacts on different cultures, but also integral components of urban fabric. Furthermore, these approaches towards heritage relevance resonate within the local populations, who, taking as examples how heritage is treated and approached in an international context, tend to overlook structures that are considered aesthetically displeasing because they do not adhere to this traditional scheme seen in the heritage field.
From here extends the idea of analyzing case studies that fall within overlooked heritage from a new angle: one of valuating aesthetic displeasure. The thesis will focus
on individual and serial constructions of the 20th century commonly seen as displeasing due to their typologies and styles but also due to their formal characteristics,
redirecting the attention from those considered aesthetically pleasing and grandiose towards otherwise ignored built heritage. Additionally, it will address the perceptions of such structures in the context of the international heritage and conservation spheres, to present how these structures are currently not fully appreciated within the traditional idea of heritage due to their looks and commonality. This approach does in fact overlook, and even relegate, those buildings that do not fit into the preconceived idea of aesthetics, denying the opportunity to explore and find their potential for heritage value.
Nostocales form thick-walled, resting cells (akinetes) for overwintering in lake sediments of Central Europe. The pelagic Nostocales population recruits after the germination of akinetes, which mainly takes place in the spring with increasing temperatures and light intensities. The study aimed to i) characterize the sediment surfaces inhabited by viable akinetes that potentially contribute to the formation of a pelagic population, and ii) estimate the inoculum size of the available sedimentary akinete pool. We investigated the horizontal distribution of akinetes in sediments and the seasonal course of light and temperature in two deep dimictic lakes (Lake Stechlinsee, max. depth 69 m and Lake Scharmützelsee, max. depth 29.5 m; NE Germany). The akinete pool was calculated and the potential inoculum was estimated using assumed light and temperature data for akinete germination. The akinete abundance in sediments depended on the basin morphometry and increased with water depth. Only a small proportion of the viable akinete pool in shallow water areas contributed as inoculum to pelagic population. The potential inoculum size in Lake Scharmützelsee was larger than in Lake Stechlinsee.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Erweiterung einer stereoskopischen Anzeige um eine Mehrnutzer-Komponente. Das Ziel besteht darin, mehreren Nutzern (mindestens zwei) das Betrachten eines separaten Stereobildes auf einem Bildschirm gleichzeitig zu ermöglichen. Es werden zwei Strategien getestet. Die entwickelten Systeme beinhalten mehrere Bildtrennungsverfahren, damit sowohl die Trennung der linken und der rechten Bildkomponente des Stereobildes als auch die Trennung der Nutzer untereinander realisiert werden können. Im ersten Verfahren werden Farb- und Polarisationsfilter kombiniert. Hier wird die zirkulare Polarisation für die Nutzertrennung genutzt. Die Farbfilter werden für die Links-Rechts-Trennung eingesetzt. Im zweiten System werden die Polfilter genutzt, um das stereoskopische Sehen zu ermöglichen. Die Nutzertrennung geschieht mit einer modifizierten Flüssigkristall-Shutterbrille. Zu Testzwecken werden erweiterte Stereobilder und Stereobild-Sequenzen gerendert und für die Darstellung auf einem Stereo-3D LCD-TV optimiert. Neben den Versuchen mit einigen Probanden, werden spektrale Messungen durchgeführt und ausgewertet. Abschließend wird ein Vergleich der getesteten Systeme vorgenommen. Dabei werden Schätzungen zur Skalierbarkeit und Verbesserungsvorschläge hinsichtlich der Bildqualität getätigt.
Flooding of dry sediments is known to trigger pulses of microbial respiration at land-water-interfaces. The regulation of discharge variability is therefore proposed to affect the respiration balance of these sites. In this study, I assessed the impact of discharge regulation on microbial respiration associated to surface sediments at a land-water-interface of the river Spree. I developed a theoretical model, based on empirical respiration data, to estimate the two-month total respiration at the study site for three discharge scenarios. The real scenario represented the actual discharge at the study site, which was regulated by the Spremberg reservoir dam. In the unregulated scenario, the regulating effect by the dam was excluded. In the extremely regulated scenario, a hypothetical constant discharge was modeled. For each scenario, the daily discharge, the corresponding flooded areas, the extent of dry or rewetted areas, and the durations of flooding or rewetting by rain at the study site were determined. Microbial respiration rates associated to surface sediments were measured with a respirometer under flooded, dry, and rewetted conditions. The model applied these rates to the respective flooded, dry or rewetted areas of the study site, to calculate the daily areal respiration. In all sediments from the land-water-interface, a distinctive respiration pulse was measured on the first day of flooding, and higher respiration rates under flooded than under dry conditions. The discharge of the unregulated scenario was characterized by a higher variability and larger flow volume than the regulated real scenario. Due to the higher total discharge, larger areas were flooded in the unregulated scenario, the total respiration from sediments under long-term flooded conditions was therefore higher. Moreover, the daily extent of flooded areas fluctuated more strongly, hence more short-term respiration pulses upon flooding were triggered than in the real regulated scenario. The calculated total two-month respiration of the unregulated scenario exceeded that of the regulated real scenario by almost 14 %. These results suggest that discharge regulation can have a considerable negative impact on sediment-associated microbial respiration at land-water-interfaces.
Die zentrale Aufgabe dieser Arbeit besteht in der deskriptiven Auswertung eines von der AOK-Sachsen-Anhalt zur Verfügung gestellten Datenbestandes unter Anwendung unterschiedlicher Methoden und Analysen.
Dabei liegt der Schwerpunkt der Untersuchungen in der Identifizierung statistischer Auffälligkeiten, deren Entstehungsgründe in ihren geografischen Lagen zu suchen sind.
Das Datenmaterial enthält für das Bundesland Sachsen-Anhalt pseudonymisierte personenbezogene Informationen von ca. 600.000 AOK-Versicherten sowie zusätzliche Angaben über ihre ambulanten Behandlungen und verordneten Medikationen aus dem Jahr 2012.
Die Auswertung der mehreren Millionen Datensätze wird mit Hilfe der freien Statistik-Software R realisiert. Die Programmiersprache R zeichnet sich durch eine Vielzahl an vordefinierten statistischen und grafischen Funktionen, sowie durch die effiziente Verarbeitung von Massendaten für die visuelle Aufbereitung aus.
Zu Beginn werden innerhalb der Einleitung einzelne Fragestellungen formuliert, deren Beantwortung das Hauptziel dieser Arbeit darstellt. Des Weiteren werden in den nachfolgenden Kapiteln einfache statistische Grundlagen vermittelt, sowie eine Einführung in die wichtigsten Befehle und Datenstrukturen der Programmiersprache R gegeben. Anschließend folgt eine detaillierte Beschreibung und Voranalyse des Datenmaterials, bevor mit den auswertenden und explorativen Studien begonnen wird.
Akustische Oberflächenwellen Geräte dienen als drahtlose Sensoren in verschiedenen Anwendungsgebieten. Neueste Forschungen zielen darauf ab diese Geräte als Temperatursensoren bei hohen Temperaturbereichen (T>300 °C) und in rauen Umgebungsbedingungen nutzbar zu machen. Entsprechend müssen herkömmliche Materialien, die für die Substrate und die interdigitalwandler Fingerelektroden verwendet werden, wie mehrschichtige Überzüge aus Al oder Cu, gegen Materialien die spezifische temperaturabhängige Effekte aufweisen ausgetauscht werden. Die Standardmethode des Elektronenstrahlverdampfens ist aufgrund der hohen Schmelzpunkte für das Auftragen von hochtemperaturstabilen Elektrodenmaterialien nicht geeignet. Kathodenzerstäubung ist eine weitere Beschichtungsmethode, die ohne Optimierung ebenfalls nicht für die lift-off Strukturierung geeignet ist. Aufgrund von sehr hohen Ar Gasdrücken von ca. 10-1 Pa kommt es zur Abscheidung an den Seitenwänden des Fotolacks, was zur Störung des lift-off Prozesses führt. In dieser Arbeit wurde das chemische Ätzen von Wolfram und Molybdän Dünnschichten als ein weiterer Schritt zwischen dem Kathodenzerstäuben, zum Beschichten von dünnen W bzw. Mo Fingerelektroden, und dem lift-off Prozess zur Entfernung der Seitenwandbeschichtung und der erfolgreichen Strukturierung der Interdigitalwandler untersucht.
In dieser Arbeit untersuchen wir optimale Portfoliostrategien für nutzenmaximierende Investoren in einem zeitstetigen Finanzmarktmodell mit Markov-modulierter Drift. Die als Drift bezeichnete mittlere Aktienrendite wird dabei durch eine zeitstetige Markovkette modelliert, welche nicht direkt beobachtbar und vom Investor aus den ihm zur Verfügung stehenden Information zu schätzen ist. Schätzungen, die aus Beobachtungen der Aktienpreise gewonnen werden, besitzen oft nur eine unbefriedigende Genauigkeit, da Drifteffekte in den Aktienpreisen in der Regel von einer hohen Volatilität überlagert werden. Aus diesem Grunde versucht man zusätzliche Informationsquellen wie z.B. Wirtschaftsnachrichten, Unternehmensberichte, Empfehlungen von Finanzanalysten, Bewertungen von Ratingagenturen und die eigene intuitive Einschätzung der künftigen Preisentwicklung in die Schätzungen einzubeziehen. Diese als Expertenmeinungen bezeichneten Informationen werden mit den Aktienpreisbeobachtungen kombiniert, um eine verbesserte Driftschätzung und damit eine bessere Performance der darauf aufbauenden optimalen Portfoliostrategien zu erzielen. Dieser Ansatz kann als eine zeitstetige Version des aus der Literatur bekannten statischen Black-Litterman-Modells betrachtet werden. Die mathematische Modellierung der Expertenmeinungen erfolgt mit Hilfe eines markierten Punktprozesses, dessen Sprunghöhenverteilung vom Zustand der nicht beobachtbaren Markovkette abhängt. In der vorliegenden Arbeit wird insbesondere ein Nutzenmaximierungsproblem für den Power-Nutzen betrachtet. Dies führt auf ein stochastisches optimales Steuerungsproblem unter unvollständiger Information, für welches die zugehörige Dynamic Programming Equation (DPE) für die Wertfunktion hergeleitet wird. Aus deren Lösung kann die optimale Anlagestrategie abgeleitet werden. Die DPE ist eine partielle Integro-Differentialgleichung, für deren Lösung verschiedene Näherungsverfahren untersucht werden. Den Schwerpunkt bilden dabei explizite und semi-implizite Differenzenverfahren, bei welchen der Differentialoperator der DPE mit finiten Differenzen und der Integraloperator mit Quadraturformeln diskretisiert wird. Für das explizite Verfahren wird ein Konvergenzbeweis angegeben. Als weitere Näherungsverfahren kommen ein Policy-Improvement-Verfahren und die Monte- Carlo-Methode zum Einsatz. Die genannten Verfahren wurden implementiert und die Arbeit präsentiert Ergebnisse zu den durchgeführten numerischen Experimenten. Im letzten Teil der Arbeit werden schließlich Diffusionsapproximationen für hochfrequente zeitdiskrete Expertenmeinungen betrachtet. Dazu wird insbesondere der Integraloperator der DPE für gegen unendlich strebende Intensität des Eintreffens der Expertenmeinungen untersucht. Die erhaltene Asymptotik erlaubt einerseits die Approximation der zeitdiskreten Experten durch einen als zeitstetigen Experten bezeichneten Diffusionsprozess und ist andererseits die Grundlage für ein weiteres Näherungsverfahren zur Lösung des Nutzenmaximierungsproblemes.
Digitale Bildverarbeitung für die automatisierte Auswertung in der Architekturphotogrammetrie
(2015)
Photogrammetrische Verfahren werden immer häufiger für die Objekterfassung und Dokumentation in Archäologie, Bauforschung, Denkmalpflege und Restaurierung eingesetzt. Der Grund hierfür liegt in der mittlerweile vollständigen Digitalisierung des gesamten photogrammetrischen Prozesses sowie in der Verfügbarkeit hoch auflösender Digitalkameras und der für die Auswertung notwendigen, leistungsfähigen Rechentechnik. Analoge Mess- oder Teilmesskameras wurden fast vollständig durch digitale Amateurkameras verdrängt. Den Anwendern stehen damit flexible und kostengünstige Systeme zur photogrammetrischen Objekterfassung zur Verfügung.
Neben der klassischen Bildentzerrung rückt verstärkt die räumliche Auswertung von Bildern in den Fokus der Anwender. Die Grundlage für die Berechnung von Bildorientierung, Kamerakalibrierung und 3D-Objektgeometrie bilden dabei die bekannten Modelle der analytischen Photogrammetrie, die zunächst kurz vorgestellt werden. Die photogrammetrischen Verfahren werden ergänzt durch ausgewählte Methoden der digitalen Bildverarbeitung und Bildanalyse. Einen Schwerpunkt bildet dabei die automatisierte Zuordnung homologer Punkte. In Kombination mit angepassten Verfahren der Merkmalsextraktion lässt sich damit der Orientierungsvorgang weitgehend automatisieren. Hierfür werden verschiedene Interest-Operatoren sowie Verfahren zur Korrespondenzanalyse auf ihre Eignung für die speziellen Anwendungsgebiete der Nahbereichsphotogrammetrie untersucht und angepasst.
Im Rahmen der photogrammetrischen Auswertung wird die automatisierte Punktzuordnung zur Bestimmung von dichten 3D-Punktwolken eingesetzt. Unstetigkeiten der Objektoberfläche können mit flächenhaften Zuordnungsverfahren jedoch nicht direkt erfasst werden. In der Literatur existieren daher verschiedene Ansätze zur kantenbasierten Auswertung von Bildern, die vorgestellt und diskutiert werden. Darauf aufbauend wird ein angepasstes Verfahren zur subpixelgenauen Kantenextraktion sowie zur automatisierten Zuordnung der extrahierten Kanten in mehreren Bildern entwickelt und anhand praktischer Beispiele untersucht.
Aufbauend auf den Untersuchungsergebnissen und den Erfahrungen aus unterschiedlichen Praxisprojekten wird ein anwendungsorientiertes Vorgehen zur Erfassung und automatisierten Auswertung von Objekten mit Zwei- und Vier-Kamera-Konfigurationen entwickelt. Da hierbei ausschließlich digitale Amateurkameras zum Einsatz kommen, wird ein vereinfachtes Verfahren zur Kamerakalibrierung vorgeschlagen. Für die äußere Orientierung mehrerer Stereo- bzw. Vier-Kameramodelle in einem einheitlichen Objektsystem wird, neben der klassischen Mehrbildorientierung, die aus Anwendersicht sehr anschauliche Referenzierung über die automatisch gemessenen Punktwolken vorgestellt.
Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird ein Konzept für ein photogrammetrisches Auswertesystem für den Architektur- und Nahbereich entwickelt. Neben der automatisierten Gewinnung räumlicher Objektinformationen aus Bildern sind darin vor allem die zweidimensionalen Umbildungen als wichtige Grundlage für die Erstellung maßstäblicher Planunterlagen berücksichtigt. Anhand ausgewählter Beispiele aus Archäologie und Bauforschung wird schließlich ein Überblick über die Möglichkeiten einer automatisierten Auswertung gegeben.
Die Dissertation „Hinter der Fassade – Das institutionelle System der Denkmalpflege in der DDR“ untersucht am Beispiel der thüringischen Städte Erfurt, Weimar und Eisenach das institutionelle System, in das die Denkmalpflege der DDR eingebettet war. Anhand der drei kulturgeschichtlich herausragenden Städte werden die institutionellen und denkmalpolitischen Rahmenbedingungen, sowie der Stellenwert denkmalpflegerischer Bemühungen für die Kulturpolitik untersucht. Den Schwerpunkt der Betrachtungen bildet die Zeit vom Beginn der 1960er Jahre bis zum Ende der DDR. In diesen Zeitraum fallen zum einen die Gründung einer eigenen Arbeitsstelle Erfurt des Zentralen Instituts für Denkmalpflege und zum anderen die beginnende Aufwertung der Denkmalpflege in den 1970er Jahren, deren formalen Höhepunkt das im Juli 1975 verabschiedete Denkmalpflegegesetz darstellt. Über die institutionellen Rahmenbedingungen der Denkmalpflege in Erfurt, Weimar und Eisenach hinaus fragt die Dissertation nach den Handlungsspielräumen, Grenzen sowie den Spannungsfeldern, die sich aus den verschiedenen Akteurskonstellationen auf lokaler, regionaler und überregionaler Ebene ergeben. Im Fokus der Untersuchung steht dabei nicht nur die professionalisierte Denkmalpflege, sondern auch zivilgesellschaftliches Engagement für Denkmale.
Der Einsatz funkbasierter Steuerungs- und Überwachungssysteme wird sich in den nächsten Jahren in der Automatisierungsindustrie wesentlich erhöhen. Funkbasierte Systeme sind flexibel, das heißt skalierbar, leicht rekonfigurierbar und mobil. Außerdem sind Funksysteme kostengünstig, insbesondere bei der Wartung.
Dennoch müssen diese Systeme hohen Anforderungen genügen, wie Sicherheit, Zuverlässigkeit, Energieverbrauch, Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit. Besonders wichtig für den Einsatz drahtloser Funktechnologien in Automatisierungssystemen ist die harte Echtzeitfähigkeit bei Zykluszeiten im Bereich von unter 1 ms bei Netzwerkgrößen von bis zu 127 Knoten bei einer bidirektionalen Kommunikation mit einer Nutzdatenmenge von bis zu 48 Byte je Sensorknoten. Eine weitere Herausforderung ist die Integration dieser Systeme in bestehende Infrastrukturen, wo Koexistenz mit bereits vorhandenen drahtlosen Systemen ein kritischer Faktor ist.
Ziel dieser Arbeit ist es, die IR-UWB Funktechnik basierend auf dem Standard IEEE 802.15.4a so zu verbessern, dass sie die hohen Anforderungen der Automatisierungsindustrie erfüllt. Dabei soll gewährleistet werden, dass die Abweichungen im Vergleich zum Standard möglichst gering ausfallen und dass die Vorgaben der Regulierungsbehörden nicht verletzt werden. Diese Anforderungen begrenzen die Möglichkeiten der Optimierungen stark, was die Aufgabe noch schwieriger macht, aber zugleich wird damit sichergestellt, dass die Lösungen auch in realen Systemen eingesetzt werden können.
In dieser Arbeit wurden sowohl komplexe theoretische Ansätze als auch Optimierungen der Implementierung ausgearbeitet, in Matlab simuliert und in einem FPGA implementiert. Anschließend wurde ein ASIC gefertigt.
Um die hohen zeitlichen Anforderungen zu erfüllen, wurden die einzelnen Teile des UWB-Frames optimiert. Um dies zu erreichen mussten neue Synchronisations- und Datenübertragungs-Verfahren entwickelt werden. Dieses Verfahren ermöglicht eine parallele bidirektionale Kommunikation mit einer variablen Anzahl an Sensorknoten (bis zu 127). Eine Kombination verschiedener Fehlerkorrekturverfahren (Reed-Solomon-Code und Hamming-Code) wurde untersucht, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Zusätzlich wurde ein Fehlerkorrekturverfahren für ternäre Impulssequenzen mit geringem Overhead ausgearbeitet. Dieses Verfahren erlaubt eine ausreichend gute Fehlerkorrektur und erlaubt im Gegensatz zu der Fehlerkorrektur mit dem Reed-Solomon-Code das Einhalten der zeitlichen Anforderungen.
Das Hauptergebnis dieser Arbeit ist ein für IR-UWB optimiertes Übertragungskonzept, welches eine zuverlässige und energieeffiziente Datenübertragung von unter 1 ms für einen Master und 127 Slaves ermöglicht. Teile dieses Verfahrens wurden in Hardware gefertigt und experimentell evaluiert.
Wenn alle vorgeschlagenen Optimierungen verwendet werden, kann die Zykluszeit im Vergleich zum IEEE 802.15.4a Standard, um 95% reduziert werden. Der Energieverbrauch des gesamten Netzwerkes sinkt dabei um 65%.
Einige der vorgeschlagenen Verbesserungen wurden implementiert und für die übrigen wurde gezeigt, wie sie implementiert werden können. Der Einfluss weiterer Faktoren, wie die Umschaltzeit zwischen Sender und Empfänger, und deren Auswirkungen auf den Energieverbrauch wurden untersucht.
Im Rahmen dieser Doktorarbeit entstand eine standardkonforme IR-UWB Einzelchiplösung, die um Eigenschaften erweitert wurde, die vom Standard, abweichen, aber notwendig sind um die Anforderungen der Automatisierungsindustrie zu erfüllen.
Die gefertigte Variante der Einzelchiplösung enthält nicht alle in dieser Arbeit vorgeschlagenen Optimierungen, ist aber dennoch in der Lage die Zykluszeit um 57% zu verkürzen. Obwohl dieser Chip viele zusätzliche Features bietet, wurde die Komplexität und somit auch die benötigte Chipfläche um 43% reduziert.
The research introduces volunteering at World Heritage site as a potential civic engagement tool, which can increase communication between heritage property and local community. The first part of the study focuses on the concept of volunteering and on the role it plays in community involvement at World Heritage sites as well as on its benefits for social development in general.
The second part of the research intends to give practical recommendation on designing a volunteer program under conditions of the World Heritage site of the Palaces and Parks in Potsdam and Berlin. The author raises a question how a volunteering program can be organized to be effective and at the same time to respond to the UNESCO World Heritage Programme and to the newest UNESCO conservation concepts, such as Historic Urban Landscape approach.
The study aims to serve as a practical guide for museums and heritage organisations that intend to improve community involvement in their work.
The ability to fix molecular nitrogen is considered to be a competitive advantage of Nostocales to overcome periods of nitrogen shortage but it is unclear to what extend these cyanobacteria import nitrogen into freshwaters and if they are able to compensate the efforts of reducing anthropogenic nitrogen input.
We studied nitrogen fixation, cyanobacterial biovolume and species composition and abiotic parameters in two polymictic lakes (Germany) over three years. Although Nostocales were present from April to November N2-fixation was found only from June/July to September. In the summer months, it amounted up to 40 mgN m-²d-¹ or up to 500 mgN m-²d-¹ resulting in rather low annual N-inputs between 0.1 and 8 gN m-²a-¹. We found a high variation in N2-fixation rates between the two lakes and the years, which could neither be explained by total Nostocales biovolume nor heterocyte numbers. N2-fixation rates measured in the field will be analyzed on Nostocales species level, be compared to those of laboratory cultures and be discussed in the context of possible phosphorus or light limitation of Nostocales.
This thesis focuses on the deposition of thin TiO₂ films on p-type Si using atomic layer deposition (ALD) technique, on the study of the electronic proprieties of the grown films and on the electrochemical characterization of TiO₂/Si photoelectrodes. The deposition parameters, electronic properties and electrochemical performance and stability of the TiO₂/Si samples are correlated.
The ALD technique is used to deposit TiO₂ with two different precursors namely Titanium isopropoxide and Titanium methoxide onto Si substrates. Laboratory as well as synchrotron based X-ray spectroscopy techniques are used to characterize these films. The growth quality of the TiO₂ ALD films is determined by analyzing X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS) data in terms of stoichiometry, defect states and Ti³⁺:Ti⁴⁺ ratios. The ALD technique was modified with different heating arrangements to obtain various polymorphs of TiO₂.
The ALD and anatase TiO₂ films are characterized using synchrotron radiation to study their electronic properties and these films are compared with single crystal rutile TiO₂. X-ray absorption spectroscopy (XAS) and resonant photoelectron spectroscopy (res-PES) measurements are performed with synchrotron radiation. XAS measurements are used to determine the polymorphs as well as the electronic structure of TiO₂ Res-PES measurements are conducted at the O1s and Ti2p edges to study multiple hole Auger decay processes and polaronic and charge transfer states as well as to determine the electronic band gap of the TiO₂ layers. One of the main findings of this thesis is the determination of the partial density of states (pDOS) of O and Ti in the conduction and valence band. The combination of the pDOS and the band edge positions obtained from res-PES measurements are used to calculate the charge neutrality level of the TiO₂ polymorphs.
The photoelectrochemical measurements are conducted on bare-Si and TiO₂/Si photoelectrodes. The electrochemical performance of these photoelectrodes is studied in electrolytes having pH values ranging from 1 to 13. The deposition of TiO₂ on Si enhances the photoelectrochemical performance of the Si photoelectrode. The TiO₂ increases the stability of the photoelectrode in all electrochemical media over 12 hours of experimental condition. Moreover, it is also observed that the TiO₂/Si photoelectrode is less responsive to the pH value of the electrolyte. The electrochemical findings are explained on the basis of the electronic properties of the TiO₂ layer. The electronic band gap obtained from spectroscopic measurement and the photoelectrochemical measurements are used to explain the performance and stability of the TiO₂/Si photoelectrodes. The thesis also addresses the stability of Si microstructured photoelectrodes (SiMPs) prepared by an electrochemical method. The stability of the SiMPs deteriorates more rapidly than that one of the planar Si photoelectrode. However, using a protective ALD TiO₂ layer on these SiMPs the overall performance is even more enhanced than on the TiO₂/planar Si system.
In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges elektrostatisches Aktorprinzip für mikroelektromechanische Systeme umfassend vorgestellt, beschrieben und modelliert.
Das neuartige Aktorprinzip basiert auf einer Transformation der Kräfte im elektrischen Feld in mechanische Schichtspannungen derart, dass sich eine Krümmung der Aktoren ergibt. Diese Transformation wird durch die Mikromechanik der Elektroden bewerkstelligt, wodurch deren Gestalt von grundlegender Bedeutung für die Leistungsfähigkeit der neuartigen Aktoren ist. Zur analytischen Beschreibung des Aktorprinzips wurde ein Modell basierend auf einer Tragwerknäherung erstellt. Wichtige Erkenntnisse der Modellierung sind die Existenz von Optima, der Nachweis der Mikromechanik sowie einige Analogien zu Zweischichtaktoren.
Das analytische Modell konnte anhand der ebenfalls erstellten FEM Modelle gestützt werden. Umfangreiche Parametervariationen sowie Optimierungen mit unterschiedlichen Zielstellungen erbrachten Erkenntnisse zu Charakteristika, zu Einflussmöglichkeiten und zu Grenzen der Leistungsfähigkeit der neuartigen Aktoren.
Durch die Charakterisierung erster gefertigter Aktoren konnte erstmalig das neuartige Aktorprinzip nachgewiesen und insbesondere von parasitären Effekten abgegrenzt werden. Es zeigt sich, dass das neuartige Aktorprinzip für die hier dargestellten Aktoren dominierend gegenüber den parasitären Effekten ist. Die elektromechanische Charakterisierung wird von Untersuchungen zum elektrischen Verhalten ergänzt. Diese zeigen geringe parasitäre Ströme und damit eine geringe Leistungsaufnahme. Bemerkenswert in diesem Zusammenhang ist die implizit vielfach nachgewiesene hohe elektrische Durchbruchfestigkeit der Elektroden mit Abständen im Bereich weniger Hundert Nanometer. Explizit nachgewiesen wurde eine herausragende mechanische Festigkeit.
Mittels der Charakterisierungsergebnisse konnten zudem alle numerischen Simulationsmodelle validiert werden.
Speziell hinsichtlich des Pull-In-Problems konnte gezeigt werden, dass sich aufgrund der geringen Elektrodenabstände und des Hebelprinzips bisherige klassisch formulierte Grenzen erweitern lassen. Damit ist der verwendete Lösungsansatz für das Pull-In-Problem erfolgreich umgesetzt worden. Dieser erlaubt eine kompakte und im Vergleich zu weiteren Lösungsansätzen weniger komplexe Umsetzung, da keine seitlichen Elektroden, komplizierten Mechaniken oder aufwändige Ansteuerungen für quasistatische Aktoren implementiert werden müssen.
Es ist von großer Bedeutung, dass die neuartige Aktorklasse mit einer zu CMOS kompatiblen Standardtechnologie realisiert werden konnte. Dies ist möglich, da gezeigt werden konnte, dass das Verhalten der Aktoren maßgeblich von einem äquivalenten Strukturwinkel bestimmt und sekundär von der tatsächlichen Elektrodengestaltung beeinflusst wird. Damit ist eine Umsetzung aufwendiger alternativer Technologien nicht erforderlich.
Das neuartige Aktorprinzip ist nicht auf die in dieser Arbeit vorgestellten Aktoren für Bewegungen aus der MEMS-Ebene heraus beschränkt und ebenso für Bewegungen in der Ebene denkbar. Die Kombination beider Bewegungsrichtungen ermöglicht die Realisierung zusätzlicher und für elektrostatische Prinzipien neuartiger Bewegungsfreiheitsgrade. Eine Erweiterung des Einsatzfeldes auf größere und auf kleinere Längenskalen ist durch die Entwicklung entsprechender Technologien vorstellbar.
This PhD project started from one basic question: whether vacuum technology can be applied to 145kV electrical power system networks as a potential substitution to SF6 technology which has been utilised for decades of practice, due to environment and economic concerns. Possible threats and challenges, which might cause problems for the proposed replacement, are identified mainly in three areas: (1) small inductive current switching, (2) capacitive load current switching and (3) short-line fault switching. Three circuit-breaker programming models, therefore, have been developed based on statistic data provided by breaker manufactures: (1) a maximum di/dt fixed model which has been utilised for small inductive current switching tests and capacitive load current de-energising tests; (2) a dynamic di/dt model adopting from Mayr’s classic arc model for SF6 circuit-breakers which has been utilised for short-line fault tests; and (3) a current making model for capacitive load current energising tests. In a general conclusion, vacuum technology shows its superiority in most of the switching duties although in some rare cases, SF6 technology still stands a chance to break it even. But if we take the environment and economic factors into consideration, vacuum is definitely worth investigating in the future market.
Der Energiewirtschaft kam in Deutschland schon immer eine Sonderrolle zu. Bis zur grundlegenden Neuerung durch die Energierechtsnovelle aus dem Jahr 1998 besaßen die Unternehmen einen monopolistischen Versorgungsauftrag. Die Neufassung des Energiewirtschaftsgesetzes bewirkte jedoch grundlegende Veränderungen der vertikalen und horizontalen Strukturen – und damit, so lässt sich vermuten, auch in der Öffentlichkeitsarbeit. Aber das EnWG sollte nicht der letzte Einschnitt in der Energiewirtschaft sein. Durch das Atomunglück in Fukushima/Japan im Jahr 2011 hat sich die Energielandschaft ein weiteres Mal massiv verändert. Die Themen Klimaschutz, erneuerbare Energien oder Smart-Home-Lösungen treten vermehrt in den Fokus der Verbraucher. Wie aber gehen die Energieversorger mit diesen Änderungen um? Dies soll die vorliegende Arbeit aufzeigen. Dabei wird sich auf die audiovisuellen Werbemaßnahmen der vier größten Energieversorger E.ON, RWE, EnBW und Vattenfall im Zeitraum vom 1998 und 2014 bezogen. Es wird aufgezeigt ob und welche Maßnahmen die Unternehmen nutzen um sich medienöffentlich darzustellen. Es wird analysiert wie die Werbestrategien der Energieversorgungsunternehmen seit dem politischen Einleiten der Energiewende zu bewerten sind und welchem Leitgedanken die Werbeclips folgen. Dabei wird der Vergleich zu Clips aus dem Zeitraum vor der Energiewende hinzugezogen, um eine mögliche Veränderung hinsichtlich des Images bestmöglich zu beschreiben. Zugleich wird die Werbung auf ihren Inhalt und deren reale Umsetzung geprüft, also der Disparität von „Schein und Sein“.
Um eine höhere Sensitivität für seltene Physikereignisse zu erzielen, wird die Luminosität am LHC in der dritten Upgrade-Phase um den Faktor fünf gesteigert. Die damit verbundene Steigerung der Wechselwirkungsrate bedingt für den CMS-Spurdetektor strahlungshärtere Sensoren. Um das geeignetste Material zu finden, wurde die HPK-Kampagne gestartet. Ziel der Kampagne ist es, die auf dem Markt verfügbaren Siliziumsubstrate und Prozesstechnologien auf ihre Eignung zu überprüfen.
In der vorliegenden Arbeit wurden aus der HPK-Kampagne die sogenannten MPix-Sensoren untersucht. Dafür wurde zunächst eine Probestation in Betrieb genommen und die Steuerungssoftware programmiert. Zusätzlich wurden neuartige Auswertungsmethoden entwickelt und eine Datenbank eingerichtet. Zur Untersuchung der Änderung der Sensoreigenschaften durch Bestrahlung wurden die MPix-Sensoren zunächst vor der Bestrahlung charakterisiert und die Ergebnisse anschließend mit den Ergebnissen nach Bestrahlung verglichen. Der Untersuchungsfokus lag auf dem Einfluss des Sensorsubstrats, der Produktionstechnologie und der Bias-Strukturen und der Strahlenhärte. Durch Bestrahlung degenerierten die Sensortypen unterschiedlich stark. Der Anstieg des Stromes durch Bestrahlung ist kleiner für Sensoren aus Magnetic-Czochralski-Silizium verglichen mit Sensoren aus Float-Zone-Silizium. Für Sensoren aus Float-Zone-Silizium ist der Stromanstieg schwächer für 200 µm dicke Sensoren verglichen mit 320 µm dicken Sensoren. Bias-Strukturen aus Polysilizium und Punch-Through-Struktur werden durch die Bestrahlung geschädigt. Bei Strukturen aus Polysilizium steigt der Widerstand durch Bestrahlung um etwa 50% und bei der Punch-Through-Struktur steigt die Punch-Through-Spannung um den Faktor zwei.
Many lake water bodies not attained the goal of the European Water Framework Directive (WFD) to achieve a good ecological state by 2015. This is, among other things, because the assessment and improvement of hydromorphological conditions of lakeshores has been neglected as an important component ensuring the ecological integrity of lake ecosystems. In recent years, macroinvertebrates were emphasized to be useful indicators for the assessment of lakeshore hydromorphology. Hence, in Europe macroinvertebrate-based assessment methods were developed to evaluate the hydromorphological conditions of lakeshores.
In this thesis, some of the uncertainties and missing aspects of existing macroinvertebrate-based assessment methods were addressed. The results were obtained by sampling macroinvertebrates and macrophytes at natural shores and at shores modified by marinas and beaches in three depth zones between April and November 2011 in a large lowland lake (Lake Scharmützelsee, Germany).
Firstly, I clarified that upper littoral macroinvertebrates should be used for assessing the hydromorphology of lakeshores. It was shown that the effect of lakeshore modification on macroinvertebrate diversity and community composition was most pronounced in the upper littoral and decreased to the profundal zone. Secondly, I demonstrated that a single seasonal sampling is sufficient to capture the compositional differences of macroinvertebrate communities associated with human lakeshore modification. Seasonal effects on upper littoral macroinvertebrate diversity and composition were less important than shore type in comparison with the middle littoral and profundal zone. Thirdly, upper littoral macrophyte communities were also affected by lakeshore modification and at the same time the most important variable structuring macroinvertebrate communities. Hence, the effects of different shore types on macrophytes were transferred to macroinvertebrates, but artificial substrates were also able to partly substitute macrophyte habitats as it was shown for the studied marinas. Since lakeshore modification affected macrophytes slightly differently than macroinvertebrates, macrophytes should be considered as an additional component in lakeshore assessment. Finally, secondary production as proxy to determine the effect of lakeshore modification on the functioning of macroinvertebrates was estimated. Estimation of secondary production requires the determination of biomass. Biomass was indirectly determined by using length-mass regressions established for macroinvertebrates from temperate lakes of the central European lowland. The result showed that total secondary production and secondary production of native taxa in the upper littoral was substantially lower at the studied beaches compared to natural sites. In contrast, upper littoral secondary production at marinas did not differ to natural sites, but secondary production of non-native taxa was significantly higher at marinas. No effects of lakeshore modification on secondary production were found with increasing depth. Different scenarios based on upscaling of site-specific production to whole lake ecosystem level gave evidence that the observed local impacts of lakeshore modification can translate into alterations of the functioning of macroinvertebrates at whole lake ecosystem level. In addition, it was emphasized that secondary production as a functional measure is more sensitive in detecting hydromorphological alterations than the structural measures diversity or biomass. Secondary production should therefore be included in existing lakeshore assessment methods. In order to obtain a comprehensive overview about the changes in the functioning of macroinvertebrates following lakeshore modification, it is recommended to consider not only total secondary production but also secondary production of functional groups. With these results, this thesis contributes to the mechanistic understanding of the effect of lakeshore modification on the functioning of macroinvertebrates and the consequences for the functioning of the whole lake ecosystem. The newly generated knowledge helps to optimize the development of successful lakeshore assessment tools and identification of management measures.
Sind poröse Strukturen, wie z. B. Wärmedämmung oder Gewebepackungen, mit organischem Material benetzt, kann eine Reaktion mit Sauerstoff zu einer Selbstentzündung führen. Regel-mäßig treten in der Industrie Vorfälle auf, die auf solche Selbstentzündungen zurückzuführen sind.
Für Stäube und Schüttungen sind Selbstentzündungsvorgänge bereits gut untersucht. Es existieren Standards und Normen zur Durchführung der Untersuchungen und zur Bewertung der Selbstentzündungstemperatur (SET). Für die Bewertung der SET benetzter poröser Strukturen gibt es demgegenüber noch keine Standards. Diese Arbeit liefert einen Beitrag dazu, diese Lücke zu schließen.
Die vorgeschlagenen Bewertungsmethoden beinhalten Simulationsansätze und effektive Verfahren zur Ermittlung zentraler Simulationsparameter, welche unter Einsatz des zu bewertenden Systems und der für SET-Versuche bekannten experimentellen Infrastruktur bestimmt werden. Das Verfahren zur Bestimmung der wärmetechnischen Parameter beruht auf einem dynamischen Experiment. Das Verfahren zur Bestimmung der reaktionskinetischen Parameter basiert auf einem überadiabaten Versuch. Die Anwendung der vorgeschlagenen Bewertungsmethoden wird anhand der Systeme Steinwolle/Fettsäure Ti05 und Gewebepackungen (LEX, LDX)/Fettsäure Ti05 demonstriert.
Im Rahmen des Forschungsprojektes werden Fragestellungen des Stahlleichtbaus bezüglich des Einsatzes von strukturierten Blechen hinterfragt, untersucht und Lösungen vorgestellt.
Als Anwendungsbeispiel werden in dieser Arbeit geschweißte I-Träger mit schlanken, strukturierten Stegen untersucht. Eine Serie von Blechträgern mit verschiedenen Stegausführungen - eben, profiliert und strukturiert - wird modelliert und auf ihre Schubtragfähigkeit untersucht.
Die vorliegende Arbeit beschreibt erste Untersuchungen zu strukturierten Blechen mit aktuellen numerischen Analysen und praktischen Versuchen zum globalen und lokalen Beulen.
In Versuchen und numerischen Simulationen werden verschiedenste geschweißte Stahlleichtbauträger untersucht. Es wird erkundet, inwiefern sich das Beulverhalten von Trägern mit strukturierten Stegen gegenüber ebenen oder profilierten Stegen verändert. Außerdem wird definiert, welche Strukturen sich am besten für den Einsatz in Stahlleichtbauträgern eignen.
Schließlich wird ein Vergleich von numerischen und analytischen Versuchsergebnissen aufgezeigt und ein Berechnungsvorschlag gegeben, welcher dazu dient, Stahlleichtbauträger mit strukturierten Blechen bemessen zu können.
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%.
Das Ziel dieser Promotionsarbeit war die Synthese von verschiedenen binären und ternären nano-Metallfluoriden mittels der fluorolytischen Sol-Gel-Synthese. Dabei wurden neue Syntheserouten zur Herstellung von Nanopartikeln entwickelt und die gebildeten Produkte auf ihre Eigenschaften hin analytisch untersucht.
Bei der Synthese der binären Metallfluoride lag der Fokus auf der Herstellung von Magnesiumfluorid aus Magnesiumethoxid, welches bisher für diese Art der Synthese nicht geeignet erschien. Diese Syntheseroute war möglich durch die Aktivierung von Magnesiumethoxid mittels Kohlenstoffdioxid, Magnesiumchlorid und weiterer Verbindungen. Es wurden ebenfalls umfangreiche Untersuchungen des Intermediates durchgeführt, das sich bei der Umsetzung von Magnesiumethoxid mit Kohlenstoffdioxid bildet. Über die verschiedenen Präkursoren war die Synthese von Solen, die Nanopartikel von unter 10 nm enthielten, möglich. Auch die Verwendbarkeit von dem so hergestellten nano-Magnesiumfluorid für antireflexive Beschichtungen von Gläsern konnte gezeigt werden. Bei der Herstellung von Lithiumfluorid wurde der Einfluss des verwendeten Lösungsmittels und der eingesetzten Präkursoren untersucht. Die Synthese von klaren Solen war möglich, wenn die Edukte im jeweils verwendeten Lösungsmittel löslich waren. Weiterhin konnten erfolgreich fluorolytische Sol-Gel-Synthesen von nanoskopischem Berylliumfluorid durchgeführt werden.
Ein Hauptaugenmerk bei der Sol-Gel-Synthese von ternären Metallfluoriden lag auf der Darstellung von nanoskopischem Kaliumfluorozinkat. Dabei war es möglich, Partikel mit einer Größe von 16nm zu synthetisieren. Die hergestellten Sole wurden weiterhin für eine Verwendung als Flussmittel optimiert, sodass es möglich war, Aluminium mit bis zu 5 g/m2 zu beschichten. Es konnten auch verschiedene Syntheserouten zur Herstellung von Lithiumfluoroberyllat gezeigt werden.
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.
Comparative STM-based study of thermal evolution of Co and Ni germanide nanostructures on Ge(001)
(2015)
Since 1947, when Bardeen and Brattain initiated the era of microelectronics by constructing the first Germanium (Ge) transistor, semiconductors have become the main material platform for advanced integrated circuit (IC) technologies. Later on, given in particular the electrical stability of its native oxide, IC technology shifted from Ge to Silicon (Si) substrates and the dominance of Si-based complementary metal oxide semiconductor (CMOS) microelectronics is today unquestionable. However, as the semiconductor industry is approaching the limits of traditional Si CMOS scaling, the integration of new materials into Si micro- and nano-electronics is required to extend the performance and functionality of future CMOS-based IC technologies.
Recently, Ge due to its superior optoelectronic properties and compatibility with conventional Si CMOS technology has re-emerged as an alternative semiconductor material on the mainstream Si technology platform. Many of the Ge integration challenges, such as e.g. doping, epitaxial quality etc., have been recently solved or minimized to an acceptable level. However, the fabrication of low resistance, thermally stable metal/Ge contacts is still one of the main barriers towards the full use of the potential offered by Ge. In particular, the formation of ohmic contacts is relevant for applications where high current densities are of importance (i.p. Ge p-MOSFET and Ge laser applications). Consequently, intensive investigations of metal/Ge contacts are imperative for future applications of Ge.
Various metal/Ge contact systems were studied and demonstrated good thermal stability and promising electrical properties. However, given their widespread use in Si CMOS technologies in form of their respective silicides, Co- and Ni-germanides seem to be an obvious choice for electrical contacts in Ge-based devices. Both metal/Ge systems exhibit a complex bulk phase diagrams with a wide range of different physical properties. It is generally acknowledged that the stoichiometric CoGe2 and NiGe phases are best suited for ohmic metal contact formation, mainly due to their low resistivity. It is worth noting that the bulk phase diagram is limited in its use for nanoscience due to an increased surface/volume ratio as well as by the strong nanostructure/substrate interface influence.
This PhD thesis sheds light on the formation process at the atomic level of Co and Ni germanide nanostructures on clean, reconstructed Ge(001) substrates. The main part of the presented research is based on in-situ scanning tunneling microscopy (STM) studies on the influence of subsequent, post-evaporation annealings at various temperatures in order to follow and investigate on the nano-scale the structural evolution of a few monolayers of Co and Ni metal (deposited at RT and in UHV conditions) on an atomically clean, reconstructed Ge(001) surface. Furthermore, additional techniques like LEED, (S)TEM-EDX and XPS were used to corroborate and complement the STM derived insights.
It was demonstrated that - for both investigated systems - room temperature deposition of a few metal monolayers on clean Ge(001) results in a Volmer Weber growth mode. Starting with annealing treatments at relatively low temperature ranges, the formation of a continuous MetalxGey wetting layer from as-deposited 3D metal clusters on Ge(001) was detected. It should be noted that a very flat wetting layer was observed for the Co/Ge(001) system, which is different for the Ni/Ge(001) system where inhomogeneous terraced domains were formed. Finally, the 2D wetting layer gradually evolves with increasing temperature into well-ordered 3D MetalxGey nanostructures, surrounded by clean, reconstructed Ge(001). Analysis of these Co and Ni germanide nanostructures shows that the growth mechanism is different: in particular the Ni/Ge system is more reactive by means of Ni bulk diffusion and results in 3D Ni germanide nanostructures which show a strong tendency to be embedded into the Ge(001) substrate. In contrast, Co germanide nanostructures are situated initially on top of the Ge(001) substrate due to the fact that Ge diffusion dominates in the low temperature range. Only at higher annealing temperatures, Co diffusion into the bulk occurs and Co germanide nanostructures penetrate into the Ge substrate. For the Co- as well as Ni-Germanide system, the nanostructures undergo Ostwald ripening phenomena in the high temperature range. The present PhD thesis thus allows to understand on the nano-scale the main growth and reaction mechanisms of the Walser and Benè rule set up about 40 years ago to describe metal/semiconductor interface reaction on the macro-scale.
There is an increased focus on interdisciplinary research in hydroinformatic related projects for applications such as integrated water resources management, climate change modelling, etc. The solution of common problems in interdisciplinary projects requires the integration of hydroinformatic models into hydroinformatic systems by coupling of models, enabling them to efficiently share and exchange information amongst themselves.
Coupling of models is a complex task and involves various challenges. Such challenges arise due to factors such as models required to be coupled together lacking coupling capabilities, different models having different internal data formats, lack of a coupling mechanism, etc. From the perspective of physics, different models may use different discretisations in space and time, operate on different scales in space and time, etc.
A model coupling concept using a coupling broker, that is independent from the coupled models, has been developed in this work and been implemented as a prototype for a software framework for coupling hydroinformatic models. It is based on the approach of tensor objects and the ideas of the OpenMI standard for model coupling. Tensor objects are a complete representation of physical state variables including dimensions, units, values, coordinate systems, geometry, topology and metadata. They are autonomous entities that can adapt themselves to the requirements of coupled models through operations such as scaling, mapping, interpolation in space and time, etc. The central entity in coupling is the Tensor Exchange Server, which acts as the coupling broker. It is responsible for defining the coupling mechanism, brokering the communication between the models and adapting the information to the requirements of the coupled models by taking advantage of the functionality provided by tensor objects. By fulfilling these roles in coupling, the coupling broker concept goes one step further than tools such as the OpenMI standard and facilitates the task of coupling models since each coupled model doesn't individually need to be adapted to be able to perform these tasks on its own.
The usefulness of the coupling broker concept for coupling models is demonstrated with the help of three application examples: firstly, a subsurface-flow model coupled with a model simulating metabolism in the hyporheic zone, secondly, a subsurface-flow model coupled with a surface-flow model and finally, an information management system presenting the results of a hydrodynamic simulation of a section of the river Rhine. These examples demonstrate the extensibility and flexibility of the presented coupling concept, which can be used to couple multiple hydroinformatic models in hydroinformatic systems.
Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Feststoffvergärungen in zweistufigen-zweiphasigen Systemen
(2015)
Der anaerobe Umsatz fester, komplexer biogener Substrate zu Biogas in großtechnischen Anlagen zeigt häufig Defizite auf. Die (Mono)Vergärung pflanzlicher Biomassen ist in der Regel durch eine unzureichende Nutzung vorliegender energetischer Potenziale, geringe Prozessgeschwindigkeiten und dementsprechend geringe Produktausbeuten und Durchsätze sowie hohe Gärrestaufkommen charakterisiert. Insbesondere die Verwendung von Energiepflanzen als Biogassubstrate setzt vor dem Hintergrund von bestehenden Flächen- und Nutzungskonkurrenzen eine maximale Potenzialnutzung im Vergärungsprozess voraus. Grundlegend zeigen zweistufige-zweiphasige Systeme aufgrund der Berücksichtigung der unterschiedlichen Milieuansprüche fermentativer und methanogener Mikroorganismen eine höhere Effizienz sowie Prozessstabilität in der anaeroben Degradation gegenüber den klassischen einstufigen Systemen, dass mit zunehmender Komplexität der Substrate einen stärkeren Effekt einnimmt.
Vor diesem Hintergrund bestand das Ziel dieser Arbeit darin, über eine detaillierte Prozessanalyse und eine Erweiterung des Prozessverständnisses, die Bestimmung leistungsbeeinflussender Prozessspezifika und relevanter Prozessbedingungen sowie die Ermittlung geeigneter Prozessfahrweisen eine maximale Substratnutzung und effiziente Prozessführung in zweistufigen-zweiphasigen Feststoffvergärungen zu ermöglichen. Ein hoher Feststoffdegradationsgrad sowie hohe Feststoffabbauraten sind Grundvoraussetzungen für einen effizienten Anlagenbetrieb, die Gewährleistung hoher CH4-Ertragsgrade sowie geringer Feststoffverweilzeiten, jedoch gleichzeitig ein häufiges Defizit von Feststoffvergärungen. Grundlage in der Zielerreichung bildete die Ermittlung, Analyse und Optimierung leistungs- und prozessbestimmender Parameter und Zusammenhänge in experimentellen Untersuchungen anhand zweier Technologien zur zweistufigen-zweiphasigen Feststoffvergärung am Beispiel von Maissilage. Da die Leistungsfähigkeit des (Feststoff)Vergärungsprozesses maßgeblich durch die Substrathydrolyse bestimmt wird, wurde der Fokus der Untersuchungen auf die erste Prozessstufe gerichtet.
Die Untersuchungsergebnisse zum anaeroben Umsatz von Maissilage zu Biogas unter Nutzung eines Perkolations-/Festbett(PE/FBR)-Verfahrens und ASBR/ASBR-Verfahrens belegen grundlegend die potenziell hohe Leistungsfähigkeit zweistufiger-zweiphasiger Prozesse in der anaeroben Behandlung fester, komplexer Einsatzstoffe. Die Feststoffhydrolyse wird über die Milieubedingungen für die hydrolytisch und fermentativ aktive Mikroflora bestimmt und kann über relevante Prozessparameter beeinflusst werden. Die Ergebnisse der grundlegenden Optimierungsuntersuchungen im PE/FBR-System belegen dabei die Relevanz einer thermophilen und gasdichten Fahrweise der Hydrolyse für einen leistungsfähigen, potenzialnutzenden Prozess. In den leistungscharakterisierenden Untersuchungen wurde eine hohe Eignung des zweistufigen-zweiphasigen ASBR-Verfahrens zur Monovergärung von Maissilage nachgewiesen. In der Gegenüberstellung der zweistufigen-zweiphasigen Verfahren wurde zudem eine höhere Leistungsfähigkeit des ASBR/ASBR-Verfahrens gegenüber dem Perkolations-/Festbett-Verfahren ermittelt, welche aus einem erhöhten Hydrolysierungsgrad des Feststoffes, einem besseren Metabolisierungsgrad der Intermediate zu gasförmigen Produkten sowie einer erhöhten Umsatzrate resultiert. Als limitierende Faktoren im Hinblick auf die mikrobielle Feststoffdegradation in der Perkolationshydrolyse wurden der Wasserhaushalt im System, der Lagerungszustand des Substrates sowie die Charakteristik der flüssigen, intermediären Phase bestimmt. Milieubeeinflussend wirkt zudem das Hydrolyseverfahren selbst über differente Bedingungen hinsichtlich der Substratzugänglichkeit, der Oberflächenbesiedlung sowie des Stofftransfers in zwei separierten Phasen (Perkolation) und Zweiphasengemischen (ASBR-Hydrolyse). Im zweistufigen ASBR-Verfahren wurde als weiterer begünstigender Faktor in der Feststoffdegradation eine teilweise Verlagerung fermentativer Prozesse in die Methanisierung über den Transport partikulärer Stoffe in der intermediären flüssigen Phase ermittelt.
Desweiteren erfolgte im Rahmen der Prozesscharakterisierung eine Analyse der methanogenen Aktivität in der Hydrolyse anhand der Produktion an CH4. Die Beschreibung der Abhängigkeit der CH4-Bildung in der Hydrolyse vom vorliegenden pH-Wert erlaubt einen Rückschluss auf die Prozessführung im Hinblick auf die Rezirkulation von Prozessflüssigkeit und den entsprechend bedingten Eintrag an Puffersubstanz. In der Vergärung von Maissilage in den zweistufigen-zweiphasigen Systemen bestimmen CH4-Produktionen in der Hydrolyse den Gesamtmethanertrag zu ca. 30 %. Eine Unterbindung bzw. Verminderung methanogener Aktivitäten über die Milieubedingungen im Hydrolysesystem (z.B. pH, O2-Gehalt) erfolgt aufgrund der Beeinflussung der gesamten mikrobiellen Biozönose sowie mitunter der Enzymreaktionen grundsätzlich auf Kosten des CH4-Ertragsgrades. Eine Reduzierung methanogener Aktivitäten in der ersten Prozessstufe sollte daher über eine Unterbindung des Eintrags Methanogener in die Hydrolyse erfolgen. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass mit einer thermischen Behandlung des Methanisierungsablaufs (= Rezirkulat) eine effektive Inaktivierung methanogener Zellen erfolgt und damit Methanproduktionen in der Hydrolysestufe temporär vermieden werden können.
Auf Grundlage der ermittelten leistungsbestimmenden Faktoren und Zusammenhänge sowie des gewonnenen Prozessverständnisses zur Feststoffvergärung in zweistufigen-zweiphasigen Systemen wurden Empfehlungen für den Betrieb von zweistufigen Feststoffvergärungsanlagen abgeleitet.
The state of the art in aero engine design and analysis methods is based on mature computer programs, which have been developed during several decades. The classical approach to the preliminary design phase of engine subsystems is to split the complex engineering process into disciplines and subtasks. Different experts manage the time-consuming modelling work. Due to the increasing demand for higher aero engine performance and design cycle time reduction, process integration, accuracy and agility have become key assets of the engineering work-flow.
The intention of this work is to show how multi-disciplinary integration, work-flow automation and CFD-enhanced thermal modelling methods can be used efficiently to support the aero engine preliminary design phase, with focus on the high pressure turbine subsystem. A Java based common design environment for the engine secondary air system, rotors and thermal design disciplines has been developed. This design environment enables the automatic generation of CAD, flow network and thermal models.
The improvements in terms of process agility and model prediction accuracy are demonstrated with the application of the implemented process to a reference high pressure turbine subsystem. For validation purposes, the preliminary design definition of the reference turbine case is reproduced. The automatically generated secondary air system and thermal models can replicate the same level of detail as the previous manual approach. It was found that the CFD-enhanced thermal model improves the prediction accuracy in the preliminary design stage, when no engine test data is available.
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.
This research investigates the role of audio-visual media in the representation of intangible cultural heritage and provides a theoretically and empirically grounded concept of the interrelation of media, ICH and representation. It identifies both the potentials and risks involved in media representation, as well as responding to the question regarding how audio-visual representations can foster the safeguarding of ICH, aiming at its sustained transmission and recreation. The study conceptualizes representation as a process in which meaning is produced and negotiated. It refers to discourse in Social/Cultural Anthropology, Heritage Studies and Cultural Studies, particularly making use of the circuit of culture model, Hall’s encoding/decoding model and Assmann’s concept of memory. As ICH is culturally contextualized, the analysis focuses on one specific heritage manifestation: the Kutiyattam Sanskrit theatre. It explores in detail Kutiyattam’s history, identity, performance practice and transformation, including after UNESCO’s proclamation. It analyses the processes and conditions of production, encoding, circulation, reception, utilization and regulation of audio-visual representation and demonstrates the extent to which these dynamic and manifold reciprocal processes influence Kutiyattam practices and practitioners. In the form of a thick description, the study exemplifies that media and modern technologies foster continuity in practice, revitalization, valorization and self-assertion, that they enable education, research, promotion and dissemination of ICH, and contribute to identity construction and the (re)creation of communities. It shows that audio-visual representations - when produced in collaboration with the practicing communities, thereby facilitating culture-specific coding and community use - constitute significant vehicles within safeguarding measures. Differentiating between horizontal and vertical transmission of ICH as well as micro and macro level consumption, the study further identifies numerous challenges involved in the mediatization and digitization of ICH. It addresses issues of access, participation, appropriation and intellectual property and the conflict-ridden processes of homogenization, fragmentation, commercialization and popularization, among others. It argues that rather than being innocent and neutral reflections of cultural practices, audio-visual representations are actively involved in meaning making and knowledge constitution processes and deeply enmeshed in power. It proves that representations shape memory, cultural identity and history and exercise influence on cultural expressions and communities. The study concludes with the provision of general recommendations, giving guidance regarding the utilization of media as well as the production, consumption and regulation of media work, targeting heritage professionals and media professionals alike.
Water is a primordial resource for the development of urban agglomerations. Today, 50% of the population worldwide is concentrated in urban settlements and 10 - 20% of all worldwide freshwater consumption occurs in the domestic sector (UN: World water development report 3). By 2030, 60% of the world’s population will be living in urban settlements (UNESCO), and domestic freshwater consumption will rise by 70% in 2025. Urban areas inflict high pressure on the local and even regional water sources, since the high population density requires large flow volumes in a restricted area, with often competing pressures on the water resource per se as well as for the space needed for water storage or aquifer recharge. This becomes complicated and even critical in areas where natural water availability is already scarce and urban demand is high due to large population sizes. Today 700 million people in 43 countries are living in water stress condition (Human Development Report 2006). Mexico, ranking 88 on a global scale in water availability per capita, is a clear example of this situation, where the most populated urban settlements, such as Mexico City, Monterrey, Guadalajara, Puebla or Queretaro are located in regions which concentrate only 31% of the renewable water of the country (CONAGUA). Thus, the main question arises: How will the urban settlements develop a sustainable water supply now and in the future?
The city of Guadalajara, in particular, has seen an extremely fast and chaotic development in the past three decades, where the population of the city increased from 1,354,000 inhabitants in 1970 to 4,064,000 in 2005; by 2020 Guadalajara is expected to overpass the 5 million inhabitants thus becoming a megacity. Nowadays, overall water consumption in the city is about 9.3 m3/sec. and it is estimated to be 10.3 m3/sec by 2030, with Lake Chapala as the main water source, supplying 55% of the water demand. However, Lake Chapala has been confronted with several severe droughts which critically lowered its water table as was the case between 1998 and 2003 and due to its weak equilibrium droughts could be more recurrent in the future. As the water supply of Guadalajara is strongly linked to the faith of Lake Chapala, Guadalajara needs to reduce its pressure on the lake by adopting strategies based on sustainable development.
The main goal of this research is to provide governments and decision makers with a robust tool that integrates the most amount of information possible but presents this information in a simple way, offering at the same time the possibility to detect the factors that need to be addressed in order to reach sustainability.
The specific aim is to test the use of composite indices (CIs) to the case of the city of Guadalajara in the period of the year 2000 to 2009. CI is a holistic methodology in which independent variables can be aggregated into a single result. CIs thus allow for the comparison between different cases, the integration of qualitative and quantitative variables and the easy use by decision makers. We used 11 carefully selected variables from all three sectors of sustainability, economical, ecological and social, which were first normalized using ranging procedures and process capability indices, and aggregated by using the weighted geometric mean. A set of best strategies Guadalajara should follow are suggested in order to have a sustainable water supply in the future.
With this study, we have been able to show that CIs are an effective tool for evaluating sustainability of domestic freshwater supply at local scale. Overall, Guadalajara reached a CI of 0.29 showing, that its domestic water supply is currently not sustainable. It was able to identify the following three main problems: a) lack of wastewater treatment with just less than 3% of the waste water being treated; b) water loss in the distribution system, with 34% of the water extracted being lost at some point in the distribution system (during treatment, in the pipelines and dweller connection to the distribution net); c) water availability, with increased flow volumes of Lake Chapala in the last six years, but only surpassing its natural storage twice (2004 and 2009). Nonetheless, a clear trend of continuous improvement could be seen overall in the past years with a decline in the domestic water consumption per capita to levels comparable to the one in Berlin, as a consequence of people awareness after the several drought Lake Chapala suffered in the beginning of the decade, and an increase in the level of access to piped water and connectivity to the drainage system to 94% of the city’s coverage in 2009 (on year 1990, the access to piped water was 89% and the connectivity to the drainage system was 92%).
Owing to its unique strategic position on the northern coast of the Black Sea, Crimea has, since Antiquity, been a highly diverse, multi-ethnic, multi-religious location. Throughout history, the peninsula’s landscapes were shaped and transformed under the influence of its ever-changing populations. In this process, religion played a crucial role. Nowadays, Crimea abounds in sacred sites in the same way as it abounds in culturally and religiously diverse inhabitants.
Rebirth in the 1990s of the religious and cultural life that had been repressed for over seventy years of the Soviet rule gave a powerful impetus to the revival of Crimea’s sacred landscapes and enabled the different ethno-religious groups residing in the peninsula to re-establish the bond with the home of their ancestors. The notion of landscape as a memoryscape became central in this context, since it is the landscape that records, as well as reflects, the events in history. The sites communally regarded as sacred unite the people as much as common memories transmitted from one generation to the other do.
The objectives of the theoretical part of this thesis are twofold. On the one hand, it aims to grasp the connection between religion, landscape and memory, whereby sacred sites are seen as landscapes of memory and anchors of people’s cultural and religious identity. On the other hand, it seeks to explore the specific issues pertinent to the Crimean socio-cultural context, such as the peninsula’s history and the evolving ethno-religious relationships among the diverse local population, which have impacted the development and protection of Crimea’s sacred sites overtime. Method employed is the comparative literature review, whereby for each chapter a selection of authors was made, whose contributions towards the discussion of the aforementioned issues have been particularly relevant.
Based on the theoretical background described above, the empirical section of the research targets two main groups of actors: the state on the one side, and the organizations representing local religious groups on the other. In relation to the state, the objective is to explore how the religious revival of the post-Soviet period correlates with Ukraine’s current policies towards the safeguarding of Crimea’s sacred landscapes, namely, to what extent they are being protected under the existing legislation, and which of the aspects are given most attention in the process. In relation to the organizations representing local religious groups, the task is to investigate to what degree the sacred sites under study remain relevant for various groups, and to establish how the knowledge about the local sacred places and their importance is being disseminated both within these groups and beyond.
In order to fulfill these tasks, the set of indicators has been developed, which takes into consideration the specific Crimean socio-cultural context, and a selection of case studies has been made, which in their totality reflect the viewpoints of Crimea’s prominent religious groups. The case studies are: (1) the Assumption Monastery, (2) the cave town of Chufut Kale with Balta Tiymez Karaite cemetery, and (3) the old town of Bakhchisaray with Salachiq historic district and Gazy Mansur cemetery. All of the three case studies are located on the territory of Bakhchisaray Historical and Cultural Preserve (BHCP).
The evaluation of the Ukrainian state’s policies with regards to safeguarding of the selected sacred sites revealed that while many of their elements are recognized as cultural heritage of high significance, protection activities are impeded by substantial obstacles of administrative nature, as well as by the lack general planning. Moreover, conservation and day-to-day management is carried out with little consideration for the opinions of the local people and with the insufficient involvement of the latter.
The indicator-based assessment of relevance of the selected sacred locations for various local religious groups and the ways, in which the knowledge about these sites is being spread exposed a number of clear tendencies, as well as highlighted the existing challenges and deficiencies which need to be urgently addressed, so as to ensure the safeguarding of the studied sites for the future generations.
Entwicklung einer optischen Messtechnik zur Erfassung der Kinetik schneller Partikelbildungsprozesse
(2015)
Bei einer Reihe von Anwendungsfällen ist es wünschenswert Partikelbildungsprozesse im Nanometerbereich in-situ z. B. in strömenden Medien oder mit sehr hoher zeitlicher Auflösung zu beobachten. Mit etablierten Verfahren, z. B. der dynamischen Lichtstreuung ist dies in der Regel nicht möglich.
Das hier dargestellte neue Verfahren basiert auf einer Kombination von optischen Extinktions- und Streulichtmessungen. Im Rayleigh-Bereich kann damit aus jeder Einzelmessung ein mittlerer Partikeldurchmesser und die Anzahlkonzentration bestimmt werden. Für die Extinktionsmessungen ergeben sich zwei Arbeitsbereiche, einer mit hoher Transmission und einer mit hoher Extinktion. Diese beiden Bereiche stellen deutlich unterschiedliche Anforderungen an die Messtechnik. Das entwickelte Messgerät verfügt deshalb über zwei unterschiedliche Messverfahren. Der Bereich hoher Extinktion wird mit einem heterodyn interferometrischen Verfahren abgedeckt, der Bereich hoher Transmission mit einem nicht interferometrischen Differentialverfahren.
Die Arbeit stellt das grundlegende Modell vor. Außerdem werden notwendige Korrekturen, unter anderem für einsetzende Mehrfachstreuung, beschrieben. Die technische Umsetzung wird dargestellt. Abschließend werden Kalibriermethoden diskutiert und die Evaluation des Verfahrens beschrieben.
Dritte Satzung zur Änderung der Prüfungs- und Studienordnung für den fachhochschulischen Bachelor-Studiengang Elektrotechnik vom 30. September 2015
(siehe dazu Satzung zur Änderung AMbl 20/2016; AMbl 25/2018, AMbl 20/2019)
Dritte Satzung zur Änderung der Prüfungs- und Studienordnung für den fachhochschulischen Bachelor-Studiengang Maschinenbau vom 30. September 2015
(außer Kraft s. AMbl 30/2018)
Dritte Satzung zur Änderung der Prüfungs- und Studienordnung für den fachhochschulischen Bachelor-Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen vom 30. September 2015
(siehe dazu AMbl 22/2019)
Erste Satzung zur Änderung der Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Architektur vom 29. September 2015
Neubekanntmachung: Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Architektur vom 29. September 2015
(Ersetzt durch AMbl 03/2016 - Berichtigung der Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Architektur vom 29. September 2015)
Large mammals constitute an integral part of biological resources, and hence fundamental elements in many ecosystems. In view of the roles played by habitats and humans in structuring large mammal populations, research was conducted in the Deng Deng National Park, with the aim to identify and characterize the spatial and temporal patterns of habitats, determine the relationship between habitat heterogeneity and mammal abundance and also to investigate the types and extent of human pressure on various large mammal species in the park.
Distance sampling technique and kilometric index analyses approaches were applied to determine species presence, frequency and abundance, with dung, nests, and tracks used as proxy for species presence. Using a spatio-temporal analysis approach in Geographic Information System, species distribution was analyzed. Small and medium sized duikers, red river hog and gorilla were most frequently encountered. Important is the record of elephant for the first time in the park, emphasizing the importance of the park for large mammal conservation.
Diverse land cover types that constitute habitats for flora and fauna were distinguished and characterized as dense forest, mature secondary forest, young secondary forest, tree and grassland savanna, settlement and degraded areas, and water bodies. Area, mean patch size, shape, density and richness metrics of these land cover types varied, emphasizing the heterogeneity of the park landscape. No significant differences (0.2 ≤ p ≥ 0.8) were observed in species abundance due to diverse habitat characteristics in the park. Species exhibited generalist habits with preference mostly for the dense and mature secondary forest habitat types. Temporal pattern over a 23 years’ time lag projected a 6.19 % increase in dense forest cover, suggesting future shelter opportunities for large mammals in the park.
The park is experiencing threats that are changing the physical environment in simple and reversible manner but also threats that have changed the parks environment in permanent ways; all from impacts of adjacent human settlements and development activities. Generally, species abundance was significantly high (p = 0.03) in habitats where threats encounter rates were low, and low in habitats affected by high human activity; a clear indication that these activities have eventually created depressing effects on the habitats of large mammal species in the park.
Actions aimed to limit human activities around the park, and aiming to sustain the large mammals and their habitats, especially within the hotspots identified in this study, are therefore proposed to ensure a more sustainable future for large mammals in the Deng Deng National Park.
Erosion of aero-engine components has been identified as a serious problem since the World War II. During this time various attempts have been made to study this phenomenon in order to improve the life and performance of the used components. Flights in particulate environments led to the drastic degradation of the performance due to blunting of blade edges, reduction of chord and increase of tip clearance. Measures like coating of blades and high efficiency filters have been introduced in order to protect the aero-engine components from wear in dusty environments.
In the present work an effort has been made in order to deposit various single and multilayer coatings for the erosion protection of Inconel718 alloy used as the substrate material. Inconel718 finds its applications in high pressure compressors within gas turbines. To deposit the various coatings onto the substrate material the Direct Current (DC) Method has been used as a Physical Vaporization Deposition technique. The architecture of the investigated coatings is on one side a single layer TiN coating and on the other side multilayer Cr/CrN, Ti/CrN and TiN/CrN coatings as well.
The experimental results show that bilayer Cr/CrN multilayer coatings possess a variation in mechanical properties with the change in bilayer period. Additional adhesion tests show various spallation mechanisms which are related to the coating architecture. Process parameters used during the coating process had an influence on the coating growth. The growth of coatings as in form of a V-structure results in low adhesion between the coating and the substrate or the previous coating layer. Another change in the coating structure is obtained by changing metallic or ceramic layer between CrN layers. The presence of coating defects, like droplets, on the coating surface acts as voids within the coating structure decreasing the structural integrity of the coatings.
The conduction of a phase analysis of Cr/CrN multilayer developed the presence of a mixture of fcc-CrN, hcp-Cr2N and bcc-Cr phases. A variation in the phase formation is found to be dependent on the bilayer period of the coatings. A complex XPS analysis and a related thermodynamic study indicate that the variation in the binding energies and thermodynamic stability of the CrN and Cr2N phases are responsible for their stable formation during the coating deposition. TiN single layer coatings showed the formation of a single phase fcc-TiN. The presence of Cr2N, Cr2Ti, TixNy phases is found during the deposition of Ti/CrN and TiN/CrN coatings. An additional Scherrer analysis to evaluate the determination of crystal size pointed out the presence of nano-crystals of various phases within the coatings. Stress analysis of the tested Cr/CrN coatings showed compressive stresses within the coatings, respectively. In this case only slight differences in stress values are observed for Cr1/CrN3 and Cr0.25/CrN3.75 coatings.
Erosion tests of Cr/CrN coatings showed erosion protection at shallow incidence angles (30°) as compared to uncoated Inconel718 alloy. In contrast, no erosion protection is obtained during the erosion at oblique angles. Crack deflection at the metal-ceramic interface, shearing of columns, internal distortion of CrN layer, radial and cone cracking, step shear, inter- and intra-columnar crack propagation are reported as some of the processes occurring during the erosion process. The presence of micro droplets is reported to be one of the major causes of low adhesion between the coating and substrate or structural weakness of coating, which provokes a rapid removal of the coating.
Within the last section of the present thesis the correlation between various models (proposed through contact mechanics) and erosion rate is studied. It is found that for the single layer and multilayer coatings a low correlation between H3/E2 and erosion rate exists. A study of the ratio between elastic modulus of coating to elastic modulus of substrate (Ef/Es) in order to describe the erosion mechanism in a coating show non-conformance of the results as proposed by contact mechanic theories. A difference in the elastic modulus of consecutive coating layers (E1-E2) showed that no correlation can be found for the coatings during erosion at 30° and 90°.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines vereinfachten mechanischen Ersatzmodells für strukturierte Bleche. Diese bewirken durch ihre eingebrachten Formen eine Verbesserung der Bauteilsteifigkeit und des Beulverhaltens und versprechen somit hohes Potenzial hinsichtlich industrieller Anwendungen im Leichtbau. Zunächst wird ein Einblick in die theoretischen Grundlagen gegeben, welche essentiell für das Verständnis der Arbeit sind. Anschließend wird ein vereinfachtes Ersatzmodell entwickelt, welches auf Basis von Homogenisierungsprozessen anisotrope Materialparameter beschreibt, um das elastische Verhalten großer Strukturen aus strukturierten Blechen berechnen zu können. Für die Ersatzkennwerte werden Symmetrie- und Randbedingungen an Elementarzellen betrachtet, deren strukturmechanisches Verhalten repräsentativ bestimmend ist. Die Bestimmung eines solchen Repräsentativen Volumenelements (RVE) stellt die Basis der Homogenisierungsmethode dar. Mithilfe des Ersatzmodells wird eine effiziente numerische Auslegung gewährleistet. Der anschließende Vergleich mit experimentellen Ergebnissen unterstützt die Validierung des vereinfachten Ersatzkontinuums.
For several decades HVDC technology was used primarily for point-to-point bulk power transmission. Although multiterminal HVDC systems are very few in number, it is expected that multiple HVDC links may be interconnected into HVDC transmission grid. Since every meshed grid requires reliable protection solution, an HVDC circuit breaker must be developed and introduced. This thesis focuses on the performance evaluation of different HVDC circuit breaker concepts. The performance evaluation study is carried out by means of numerical simulations. The obtained quantitative results describe capabilities and limitations of different HVDC circuit breaker concepts as well as the reaction of HVDC network on switching operations. Different converter protection measures and in particular application of fault current limiter were considered, too. Based on the research findings, a number of recommendations for HVDC circuit breaker development are given and suggestions for further research activities are presented.
Investigations of high Reynolds number pipe flow is up to now a great challenge due to the complex mechanisms which appear in pipe flow turbulence. Hence, suitable experimental facilities are necessary to resolve turbulent dynamics and therewith to provide the knowledge for the understanding of such a simple shear flow. For this reason the recent thesis deals with conceptual design and setup of a new high Reynolds number pipe test facility further on named CoLaPipe - Cottbus Large Pipe. It also comprises first investigations on pipe flow obtained from the new CoLaPipe, which can be classified into 1.)calibration measurements to put the facility into service and 2.)continuative measurements to provide experimental results helping to understand pipe flow.
The first results within the CoLaPipe show that this new experimental facility is suitable to investigate turbulence at high Reynolds numbers, where this conclusion can be drawn from intensive investigations on the development length of the flow either for natural and artificial transition. From further experiments on the evaluation of the wall friction velocity using different estimation methods great difficulties and variations in the calculated values are obtained. These deviations are directly related to the scaling behavior of the mean and fluctuating velocity, which is also shown within this thesis and intensively discussed.
Among the discussion of the setup of the new CoLaPipe and the first experimental results this thesis contains a broad literature review with the focus on high and very high Reynolds numbers. Nevertheless, pipe flow at low and moderate Reynolds numbers is described as well.
Erste Satzung zur Änderung der Prüfungs- und Studienordnung des Bachelor-Studiengangs Soziale Arbeit vom 14. August 2015
Neubekanntmachung: Prüfungs- und Studienordnung des Bachelor-Studiengangs Soziale Arbeit vom 14. August 2015
(ersetzt durch AMbl 09/2016)(siehe dazu AMbl 21/2018)
Erste Satzung zur Änderung der Prüfungs- und Studienordnung des Master-Studiengangs Soziale Arbeit vom 14. August 2015
Neubekanntmachung: Prüfungs- und Studienordnung des Master-Studiengangs Soziale Arbeit vom 14. August 2015
(siehe dazu AMbl 22/2018)
Zweite Satzung zur Änderung der Prüfungs- und Studienordnung des Bachelor-Studiengangs Environmental and Resource Management vom 14. August 2015 (Ersetzt durch AMbl 18/2017)
Neubekanntmachung: Prüfungs- und Studienordnung des Bachelor-Studiengangs Environmental and Resource Management vom 14. August 2015
Um das volle Eigenschaftspotential von Titanaluminiden auszuschöpfen, ist eine homogene und feinkörnige Mikrostruktur notwendig. Um diese zu erreichen, erweist sich Schmieden als ideal, da so eine Rekristallisation und damit Kornfeinung mit einer Formgebung kombiniert werden kann. Die aktuelle Legierungsentwicklung zielt mit β-stabilisierten Legierungen darauf ab, konventionelle Umformverfahren für die sonst schwer umformbaren γ-TiAl-Legierungen zu erschließen. Dadurch ließe sich eine für den industriellen Einsatz notwendige Kostenreduktion in der Herstellung von geschmiedeten Bauteilen auf Basis von Titanaluminiden erreichen. Aus diesem Grund wurden drei β-stabilsierte Legierungsvarianten gewählt und hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften und Umformbarkeit mit TNB-V2, einer der Legierungen, die den Stand der Technik zu Beginn dieser Arbeit darstellt, verglichen. Als optimal, hinsichtlich der geforderten Eigenschaften, erwies sich die Legierung Ti-44,5Al-6,25Nb-0,8Mo-0,1B, welche im weiteren Verlauf des Projektes als TNB-V4 bezeichnet wird.
Da die notwendigen Prozessparameter für die Umformung der jeweiligen Legierung angepasst werden müssen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein entsprechendes Prozessfenster für TNB-V4 entwickelt. Die optimalen Parameter für eine Umformung sind eine Umformtemperatur im Bereich von 1210 - 1290 °C, eine Umformgeschwindigkeit von < 5∙10^(-3) s^(-1) und ein Umformgrad von φ>65 %. Die sehr hohen Umformtemperaturen und die Affinität zu Sauerstoff machen eine Schutzgasatmosphäre bzw. Vakuum während der Umformung unabdingbar. Aufbauend auf dem feinkörnigen Gefüge nach Umformung lässt sich das Gefüge durch gezieltes Wärmebehandeln hinsichtlich Phasenaufteilung und Gefügeaufbau in gewissen Grenzen den Erfordernissen anpassen. Als ideale Wärmebehandlungsparameter erwiesen sich ein Lösungsglühen bei 1270 °C für eine Stunde mit Luftabkühlung und anschließendes Auslagern bei 800 °C für sechs Stunden mit Ofenabkühlung.
Anhand einer Bauteilschmiedung wurde gezeigt, dass das im Labormaßstab entwickelte Prozessfenster auch auf große Bauteile übertragen werden kann. Dies gilt allerdings nicht für die Wärmebehandlung, da die chemische Zusammensetzung der geschmiedeten Bauteile zu stark von den zuvor untersuchten Proben abwich. Um über mehrere Chargen hinweg die gleichen Eigenschaften gewährleisten zu können, müssen daher die Parameter individuell angepasst werden.
Ausgehend von der bestehenden Idee eines Lignocelluloseaufschlusses in einem alkalischen Polyol (Alkaline Polyol Pulping = AlkaPolP) wurden im Rahmen dieser Arbeit ein Aufschlussprozess für Lignocellulosen in alkalischem Glycerin sowie die nachgeschaltete Aufbereitung der Produktströme entwickelt und gezeigt, dass diese den Ausgangspunkt eines vielversprechenden Bioraffineriekonzeptes bilden können. Es wurde nachgewiesen, dass der AlkaPolP-Prozess für alle Arten von Lignocellulose geeignet ist und diese innerhalb weniger Minuten nahezu vollständig delignifiziert.
Im Rahmen des Downstream Processings der Aufschlussprodukte wurden die enzymatische Hydrolyse des Zellstoffes, die Ligninfällung sowie die Aufreinigung des Ligninfiltrates genauer untersucht.
Ein Vergleich mit Literaturdaten anderer Verfahren zur Lignocellulosefraktionierung zeigte, dass mit dem AlkaPolP-Prozess mindestens ähnliche Produktausbeuten und -qualitäten erreicht werden. Vor allem für den Aufschluss von widerstandsfähigem Nadelholz ist der AlkaPolP-Prozess den meisten anderen Verfahren deutlich überlegen.
Nach der Konstruktion und Fertigung eines Reaktionsextruders wurden Betriebsbedingungen gefunden, mit denen Nadelholzschnitzel über mehrere Stunden hinweg in einem stabilen kontinuierlichen Prozess effektiv in alkalischem Glycerin aufgeschlossen werden konnten.
Auf der Grundlage von Literaturdaten und der durchgeführten Experimente wurde ein Gesamtprozess entworfen, der neben bereits untersuchten Verfahrensstufen auch eine Aufarbeitung des Ligninfiltrates durch eine Elektrodialyse und mehrere Destillationsschritte umfasst und eine Regeneration der Einsatzstoffe sowie eine Abtrennung der während des Aufschlusses gebildeten Carbonsäuren ermöglicht.
Die Ergebnisse dieser Arbeit bilden den Grundstein für die Weiterentwicklung des AlkaPolP-Prozesses. Es konnte gezeigt werden, dass dieser, im kontinuierlichen Betrieb durchführbare und für alle Arten von Lignocellulose geeignete, Aufschlussprozess einen vielversprechenden Ausgangspunkt für ein nachhaltiges Bioraffineriekonzept darstellt.
Erste Satzung zur Änderung der Prüfungs- und Studienordnung für den gemeinsamen Master-Studiengang Heritage Conservation and Site Management (Brandenburgische Technische Universität Cottbus–Senftenberg und Helwan Universität Kairo) vom 23. Juni 2015
Neubekanntmachung: Prüfungs- und Studienordnung für den gemeinsamen Master-Studiengang Heritage Conservation and Site Management (Brandenburgische Technische Universität Cottbus–Senftenberg und Helwan Universität Kairo) vom 23. Juni 2015
(Ersetzt durch AMbl 21/2016)
Weltweit ist ein nicht unerheblicher Teil der Fluggäste von Flugstörungen betroffen. Dennoch wurden die Themen Reorganisation einer Passagierflugreise und Organisation einer Passagierbetreuung während der Dauer einer Betriebsstörung bislang unzureichend diskutiert. Dies spiegelt sich in der häufig mangelnden Leistungsfähigkeit des sogenannten Irregularity Management wieder. Daraus ergibt sich die Dringlichkeit einer stärkeren Passagierorientierung in Momenten einer Betriebsstörung im Flugverkehr. In diesem Zusammenhang wird die Notwendigkeit angeführt, das aktuelle Leistungs- und Qualitätsniveau des Irregularity Management regelmäßig zu messen, um die Konformität mit den Passagieranforderungen in Momenten einer Flugunregelmäßigkeit bewerten zu können.
Das Ziel der Dissertation ist die Entwicklung eines Kennzahlensystems, das Fluggesellschaften und Flughafenbetreibern sowie anderen beteiligten Operateuren einen Überblick über die Leistungsfähigkeit des eigenen Irregularity Management gibt. Die Entwicklung des Kennzahlensystems erfolgt durch eine mehrstufige empirische Untersuchung. Zunächst werden Experteninterviews durchgeführt, um Passagieranforderungen an das Irregularity Management in Erfahrung zu bringen. Es werden die aus Passagiersicht bedeutenden Aktivitätsbereiche, Leistungspotenziale sowie Leistungs- und Qualitätsmerkmale abgeleitet. Im Rahmen einer Beschwerdeanalyse werden Passagierbeschwerden hinsichtlich der Erfahrungen mit Betriebsstörungen ausgewertet. Die Beschwerdeanalyse dient der Überprüfung und der Spezifizierung der Ergebnisse der Interviews. Zuletzt erfolgt die Entwicklung des Kennzahlensystems. Dabei werden vorhandene Studien auf Kennzahlen untersucht. Das finale Kennzahlensystem umfasst Messgrößen, die definierten Anforderungskriterien genügen und sich für die Messung der Leistungsfähigkeit des Irregularity Management eignen.
Das Instrumentarium dient der Messung und Bewertung der aus Passagiersicht relevanten Abläufe und Services bei Betriebsstörungen und somit der Güte des Irregularity Management. Mit der Anwendung des Kennzahlensystems wird ein passagierorientierter Umgang mit Flugstörungen unterstützt.
The search for textual information, e.g., in the form of webpages, is a typical task in modern business and private life. From a user's point of view, the commonly used systems have matured and established common interaction design patterns such as the textual input box that starts virtually every directed search process.
In comparison, the search for multimedia documents (e.g., images or videos) is still in its early years. In other words, a pre-dominant search strategy has not yet evolved. That is, directed and exploratory search approaches fight for user acceptance.
One further discriminative factor of multimedia information retrieval (MMIR) from traditional text-based information retrieval (IR) is that multimedia documents are not necessarily stored with the help of the same data access paradigm.
From a technical point of view, the use of different data access paradigms complicates the retrieval from such collections because the utilized retrieval model has to support these paradigms.
As a consequence, the main challenges in MMIR - the retrieval engine and the user interaction -- have to be addressed in a holistic way. A holistic theoretic perspective on MMIR/IR research is taken by principle of polyrepresentation (PoP), which forms one half of the theoretic background of this dissertation aiming at the development of a preference-based approach to interactive MMIR. Roughly speaking, the PoP theorizes that representations describing a document are based on various cognitive processes dealing with it, e.g., a title, its color or shape features, its creator, or its date of creation. This multitude of representations can be fused to form a conjunctive cognitive overlap (CO) in which highly relevant documents are likely to be contained. This explicit recommendation discriminates the PoP from typical feature fusion approaches often used in MMIR.
However, the PoP does not answer how a retrieval model has to be implemented in a technical sense which is of interest in the field of computer science. One possibility to implement the PoP are quantum mechanics-inspired IR models such as the commuting quantum query language (CQQL) which is used in this thesis.
CQQL is particularly interesting because it integrates data access paradigms used in the fields of DB and IR. In order to respect the dynamic nature of the search process and information need (IN), CQQL allows the personalization of retrieval results using a preference-based relevance feedback (RF) approach called PrefCQQL, which relies on machine-based learning.
Unique features of the PrefCQQL approach range from the support of negative query-by-example (QBE) documents at query formulation time as well as during the interactive retrieval process to the formulation of weak preferences between result documents to express gradual levels of relevance. In addition, inductive preferences can be used from query formulation time onward to learn new CQQL queries.
In order to evaluate the presented polyrepresentative PrefCQQL approach, two kinds of experiments are conducted: a Cranfield-inspired evaluation of CQQL/PrefCQQL's retrieval effectiveness, which is extended by the utilization of user simulations to better fit the requirements of the evaluation of an adaptive IR system, and a usability study that examines three alternative MMIR system UI prototypes. In order to increase the reproducibility and confirmability of the experiments, the source code to all used programs is made available as a supplement to this dissertation.
The mentioned experiments aim at answering two central questions: first, whether the hypotheses of the PoP can be verified in MMIR, and second, whether a usable interactive MMIR system can be built on the basis of the PoP and PrefCQQL?
To answer the first question, different matching functions that partly follow the recommendations of the PoP are evaluated with six different test collections in both an non-interactive and interactive QBE scenario. The results of this experiment are ambivalent.
In non-interactive MMIR, the experimental data does not provide sufficient justification for the statement that PoP-based matching functions will always surpass single features or other matching functions. For instance, the arithmetic mean, which calculates the average similarity between a query's representations and the documents' representations in the collection, surpasses the conjunction and hence the CO of multiple representations in terms of retrieval effectiveness. Nevertheless, the matching function following the PoP is effectiveness stabler than the best performing single representations per collection. Hence, the CO's retrieval performance is more reliable than the usage of single representations.
In contrast, the predictions of the PoP can be verified in the investigated PrefCQQL-based interactive MMIR scenario. However, it is important to note that also the number of available representations has an impact on the retrieval outcome. That is, if too few representations are present in a matching function, the corresponding IN model in PrefCQQL obviously becomes subject to underfitting eventually lowering its retrieval effectiveness. Unfortunately, when the point of sufficient representations to support PrefCQQL is reached could not be revealed in this dissertation.
The second question is answered with the help of a prototypical MMIR system: the Pythia system, which serves both as proof of concept of the CQQL and the PrefCQQL approach. Furthermore, the system supports different information seeking strategies and a seamless transition between them in order to support users with different kinds of IN.
Kleine Architekturen in Holz
(2015)
Alkydharzlacke emittieren nach ihrer Applikation unter normalen Bedingungen (Raumtemperatur und relativer Luftfeuchte von 50 %) über einen Zeitraum von mehreren Wochen Stoffe, die einen negativen Einfluss auf die Qualität der Innenraumluft aus üben. In der vorliegenden Arbeit wurden schnelle und robuste Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der VOC - Emittenten (Hexanal und Capronsäure) von Alkydharzlacken während der Trocknung entwickelt. Dafür wurden eine Prüf- (nach dem AgBB-Schema) und eine Mikro-Kammer von Markes verwendet. Zudem konnte der Verteilungs- und Diffusionskoeffizient der in situ gebildeten Emittenten bestimmt werden, wodurch deren Emissionsraten besser verstanden und dadurch eine bessere Interpretation der Emissionsverläufe ermöglicht wird. Der Diffusionskoeffizient wurde in einem statischen und einem dynamischen System mit Hilfe eines neuen Applikations- und Herstellungsverfahrens der Lackproben bestimmt. Des Weiteren wurde ein physikochemischer Ansatz verfolgt, der die Löslichkeit von Hexanal in der Lackmatrix verringert. Die Verweilzeit des Hexanals in der Lackmatrix verkürzt sich und somit wird weniger Hexanal zu Capronsäure autoxidiert. Dadurch wird die Belastung der Innenraumluft durch die Trocknung von Alkydharzlacken gesenkt.
Auf globaler Ebene sind die biogeochemischen Kreisläufe von Silicium und Kohlenstoff hauptsächlich durch Verwitterungsprozesse und Stoffflüsse gelösten Siliciums aus terrestrischen in aquatische Ökosysteme miteinander verbunden. Diverse Organismen sind in der Lage, amorphe siliciumhaltige Strukturen zu synthetisieren (Biosilifikation), die in Böden unterschiedliche biogene Silicium-Pools repräsentieren und diese Siliciumflüsse als Bestandteile des sogenannten biogenen Silicium-Filters beeinflussen. Während sich die Forschung bislang primär auf die Rolle phytogener Silicium-Pools konzentriert hat, ist über weitere biogene Silicium-Pools in Böden wenig bekannt. Dies gilt insbesondere für protozoische Silicium-Pools, die durch Thekamöben repräsentiert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Böden von fünf Flächen unterschiedlich alter Initialstadien (drei, fünf und zehn Jahre alt) und zehn Waldstandorten der gemäßigten Zone analysiert, um protozoische Silicium-Pools, korrespondierende Biosilifikationsraten, sowie abiotische (z.B. Boden-pH) und biotische (Biomassen anezischer, endo- und epigäischer Regenwürmer) Einflüsse zu ermitteln. Die Beprobung der initialen, zehnjährigen Chronosequenz erlaubte die Fokussierung der Untersuchung auf die temporale Dynamik protozoischer Silicium-Pools in Abhängigkeit von der Vegetation. Hierbei wurde an den drei und fünf Jahre alten Initialflächen zwischen von Vegetation bewachsenen und unbewachsenen Beprobungspunkten unterschieden. Bezüglich der Waldflächen erfolgte die Standortauswahl entlang starker Gradienten innerhalb bodenbildender Faktoren und ausgesuchter Bodeneigenschaften, wobei die Standorte verschiedene Humusformen (Mull vs. Nicht-Mull) repräsentieren. An allen Standorten wurden die oberen 5 cm Boden beprobt, wobei jeweils zwischen oberen (bis etwa 2,5 cm Tiefe) und unteren (bis 5 cm Tiefe) Bodenkompartimenten unterschieden wurde.
Die Größe der protozoischen Silicium-Pools der Initialflächen bewegte sich zwischen 3 g (dreijährige Fläche, unbewachsen) und 680 g (zehnjährige Fläche) Silicium pro Hektar, wobei die Pools an den bewachsenen Beprobungspunkten etwa drei- bis viermal größer waren, als an den unbewachsenen. Auch die jährlichen minimalen (23 g bis 2.300 g Silicium ha-1) und maximalen (160 g bis 16.000 g Silicium ha-1) Biosilifikationsraten waren jeweils an den bewachsenen Beprobungspunkten höher, als an den unbewachsenen. Die protozoischen Silicium-Pools in den Böden der Waldstandorte erreichten Größen von 200 g bis 900 g Silicium ha-1 (Mull-Standorte) bzw. 1.400 g bis 4.700 g Silicium ha-1 (Nicht-Mull-Standorte), wobei die korrespondierenden Biosilifikationsraten Maxima von 17 kg (Mull-Standorte) bzw. 80 kg (Nicht-Mull-Standorte) Silicium ha-1 aufwiesen. Die Initialflächen zeigten beim Größenvergleich der protozoischen Silicium-Pools in den jeweils übereinanderliegenden Bodenkompartimenten keine signifikanten Unterschiede. Bei den Waldstandorten dagegen ließen sich bei einem von sechs Mull-Standorten, sowie bei drei von vier Nicht-Mull-Standorten statistisch signifikante Unterschiede in der Pool-Größe in den jeweils übereinanderliegenden Kompartimenten finden. Basierend auf der Größenordnung der Silicium-Pools und der Biosilifikationsleistung wurde gefolgert, dass es sich bei den protozoischen Pools um äußerst reaktive biogene Silicum-Pools handelt, die – im Vergleich zu den phytogenen Pools – nach ihrer Synthese lediglich für einen relativ kurzen Zeitraum als Bestandteil des biogenen Silicium-Filters auf den Silicium-Kreislauf einwirken. Auch wenn die Anteile der protozoischen Silicium-Pools am gesamten biogenen Silicium-Pool mit Werten zwischen 0,04 ‰ und 6 ‰ (Initialflächen), 0,5 ‰ und 3,4 ‰ (Mull-Standorte) bzw. 2,1 ‰ und 36 ‰ (Nicht-Mull-Standorte) relativ gering ausfielen, so sind die jährlichen Biosilifikationsraten lebender Thekamöben mit der jährlichen Silicium-Aufnahme durch Bäume dennoch vergleichbar (älteste Initialfläche, Mull-Standorte) oder können diese sogar übertreffen (Nicht-Mull-Standorte).
Die protozoischen Silicium-Pools der Initialflächen standen im Zusammenhang mit temporalen Änderungen untersuchter physikalisch-chemischer Bodeneigenschaften durch Verwitterungsprozesse und das Vorhandensein von Vegetation. Auch wenn der relative Anteil biogenen Siliciums an der amorphen (Tiron-extrahierbaren) Silicium-Fraktion generell mit dem Flächenalter zunahm und zwischen 11 % (jüngste Fläche) und 22 % (älteste Fläche) schwankte, ist davon auszugehen, dass die Verwitterungs- und Auflösungsraten der amorphen Silicium-Fraktion den Eintrag rezenten Siliciums überstiegen (erkennbar an der Verminderung der amorphen Silicium-Fraktion mit zunehmendem Flächenalter), so dass hier (noch) keine signifikante Akkumulation biogenen Siliciums feststellbar war.
An den Waldstandorten korrelierten die protozoischen Silicium-Pools mit der leicht verfügbaren (Calciumchlorid-extrahierbaren) Silicium-Fraktion (rs = -0,782), dem Boden-pH (rs = -0,879) und der Biomasse endogäischer Regenwürmer (rs = -0,925). In Waldböden mit hohen Gehalten leicht verfügbaren Siliciums wurden kleinere protozoische Silicium-Pools vorgefunden, als in Böden mit niedrigeren Gehalten und umgekehrt, weshalb eine Limitierung protozoischer Pools durch das Vorhandensein dieser Silicium-Fraktion an den untersuchten Standorten ausgeschlossen wurde. Dagegen scheint der Boden-pH die Größe der protozoischen Silicium-Pools indirekt über die Steuerung des Vorkommens von Regenwürmern (unter einem pH-Schwellwert von 3,8 sind keine endogäischen oder anezischen Regenwürmer aufgefunden worden) zu beeinflussen. In diesem Zusammenhang wurden direkte (Regenwürmer als Fressfeinde und Konkurrenten) und indirekte (z.B. Veränderungen der Habitat-Strukturen durch Regenwurmaktivitäten) Mechanismen der Einflussnahme durch Regenwürmer diskutiert. Der Einfluss der Regenwurmaktivitäten spiegelte sich auch im Anteil biogenen Siliciums an der amorphen Silicium-Fraktion wider, wobei dieser bis zu 50 % (Mull-Standorte) bzw. 100 % (Nicht-Mull-Standorte) in den oberen 5 cm des Bodens betrug. Während es an den Nicht-Mull-Standorten zu einer Akkumulation biogenen Siliciums in den oberen Bodenschichten kam, wurde diese an den Mull-Standorten durch das Vermischen der Bodenschichten durch Regenwürmer abgeschwächt. Da der Boden-pH ein Resultat von Verwitterungsprozessen und der Bodenversauerung während der Pedogenese darstellt, werden die protozoischen Silicium-Pools letztlich indirekt durch bodenbildende Faktoren (Klima, Flora und Fauna, Relief, Ausgangsgestein und Zeit) beeinflusst.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit verdeutlichen, dass die protozoischen Silicium-Pools der Initialflächen innerhalb von lediglich zehn Jahren eine Größe erreichen konnten, die mit derjenigen der bewaldeten Standorte vergleichbar ist. Weiter ließ sich festhalten, dass insbesondere biotische Wechselwirkungen für die Akkumulation biogenen Siliciums in Böden eine wichtige Rolle spielen. Zukünftige Untersuchungen sollten die Erkenntnisse der vorliegenden Arbeit aufgreifen, um die Bedeutung dieser Wechselwirkungen für die biogenen Silicium-Pools in Böden und damit den (globalen) Silicium-Kreislauf zu beleuchten.
The aim of this work is to study the optical properties of crystal defects in multicrystalline solar silicon and poly-/microcrystalline silicon thin films on glass substrate.
First a setup for photoluminescence imaging on multicrystalline silicon solar wafers was developed. This system is suitable for detecting band-to-band luminescence as well as defect-related luminescence at room temperature on large-scale wafers at different stages of their processing.
Spectroscopic photoluminescence investigations of multicrystalline silicon solar wafers indicated a new intense luminescence line at ≈ 0.91 eV at room temperature. The origin of this line is probably found in a specific grain boundary. Furthermore, luminescence in the region of 0.8 eV was investigated in detail, and it was found that probably oxygen is responsible for a peak at 0.77 eV at 80 K.
Electroluminescence investigations at room temperature at both materials exhibit extended defect structures such as grain boundaries. Furthermore, it can be concluded that electroluminescence imaging in reverse bias mode indicate on serious breakdown points in solar cells, which can lead to destruction of solar cells and modules. By comparing defect-related and reverse bias electroluminescence images, a difference in the spatial distribution of defects emitting D1 radiation and defects emitting light under reverse bias beyond -12 V is detectable.
In addition, there seems to be a correlation in the distribution of non-doping impurities and photoluminescence. Concerning this, vertical slabs of two silicon blocks were examined by means of Fourier-transform infrared spectroscopy and photoluminescence. A correlation of the distributions of interstitial oxygen and the band-to-band luminescence profiles could be found. Additionally, a correlation between D3/D4 luminescence profile and nitrogen distribution in the blocks was observed.
Finally, the growth process, particularly the transition from amorphous to microcrystalline silicon by PECVD, was studied by combined photoluminescence and Raman investigations. Formation of silicon nano-grains was detected by means of photoluminescence and Raman spectroscopy.
The main goal of this dissertation was to explore the interactions between the hydrogeomorphology of the streambed in sandy lowland low-order streams and the microbial community inhabiting it. In particular, (i) the influence of the vertical water exchange across the streambed and (ii) of the sediment transport on the function and structure of the streambed microbial community, (iii) and the potential of the microbial community to influence these physical factors were explored. The influences were studied with a model system approach (micro- and mesocosms).
Firstly, I examined the significance of vertical water exchange across the streambed for the microbial community. I determined the differences in the microbial community structure and function associated with sediments of differing grain sizes. The grain sizes differed in surface-to-volume ratio and hydraulic conductivity. The results revealed vertical water exchange as the major factor for the structure and function of the microbial community.
Secondly, I studied the ability of the microbial community to influence the vertical water exchange across two sandy streambeds: leveled and rippled. My results showed that the microbial community can reduce and even block the vertical water exchange by reducing pore space with gas bubbles formed due to high primary production.
Thirdly, I determined the effect of short-term sediment transport events on the function of the microbial community and on the influence of the microbial community on vertical water exchange. The results show that the mechanical stress associated with short-term sediment transport events does not influence the microbial community function. However, a single short-term sediment transport event increased vertical water exchange by (i) releasing the gas bubbles produced by the microbial community and (ii) creating irregularities in the flume bed.
Lastly, I ascertained the potential of benthic algal mats to transport sediment by means of buoyancy-mediated detachment from the bed. The results revealed the detachment of algal mats as a novel mechanism of sediment transport during low-flow periods. Overall, the interactions studied show that in sandy streambeds (i) the pattern of vertical water exchange is the primary physical template for the microbial community, and (ii) the activity of the microbial community and sediment transport are stochastic sources of spatiotemporal heterogeneity in vertical water exchange. These results contribute to the understanding and prediction of stream ecosystem functions in sandy streams, which is of special significance in light of the increase in fine sediment load in streams worldwide.
Lignin ist bereits ein intensives Gebiet der Forschung, allerdings werden Verknüpfungen zwischen Quelle, Aufschlussmethode und Einsatz in der Literatur kaum beschrieben. In der vorliegenden Arbeit werden Lignine von verschiedenen Quellen (Weizenstroh, Buche, Nadelholz) und Aufschlussmethoden (AFEX, Wasserdampfaufschluss, Organosolv, Saure Hydrolyse) analytisch erfasst und hinsichtlich ihres Einsatzes in polymeren Materialien charakterisiert. Eine breite Auswahl an Methoden wurden eingesetzt, FT-IR- Spektroskopie, UV-Vis, 31P-NMR, GPC, Pyrolyse-GC/MS, sowie HPLC zur Bestimmung der Reinheit gemäß des NREL-Standard-Protokolls. Thermische Analysen, wie TGA und DSC zeigten Glasübergangstemperaturen um 120°C, sowie Zersetzungstemperaturen zwischen 340°C und 380°C. Die Ergebnisse weisen für das Organosolv-Buchenholz-Lignin hochreine Fraktionen auf, die bis dato noch nicht erreicht wurden. Die Ergebnisse dieser Arbeit identifizien die Organosolv-Buchenholz-Lignine als ein verwertbares Produkt im Hinblick auf die Anwendung in Polyurethanen sowie Phenol-Formaldehydharzen.
In diesem Band sind drei Beiträge versammelt, die im Zusammenhang mit einer Tagung an der BTU Cottbus-Senftenberg zum Thema „Das Recht auf Perspektive – Regionalentwicklung bei indigenen Völkern, europäischen Minderheiten und den Sorben/Wenden“ im Dezember 2014 entstanden sind. Aus dieser Tagung ist ein weiterer Beitrag zum Thema des Guten Lebens hervorgegangen, der gesondert als einzelnes Heft in dieser Schriftenreihe erscheint (Waldmüller 2015).
Diese Tagung schließt an eine Vorgängerveranstaltung an, deren Beiträge ebenfalls in dieser Schriftenreihe erschienen sind (Häfner/Laschewski 2013), in der das Verhältnis von (Minderheiten-)Kultur und Verfügungsmöglichkeiten an natürlichen Ressourcen thematisiert wurde. Als spezifischen Ausgangspunkt wurde damals die internationale Konvention der ILO 169 über die rechte indigener Völker gewählt. In dieser Tagung wurde deutlich, dass die Frage „nach der Selbst-Bestimmung von regionaler Entwicklung und Entwicklung der Kultur (...) komplex und kompliziert [wird], wenn eine Minderheiten-Kultur auch nicht exklusiv und eineindeutig einem bestimmten Territorium zugeordnet werden kann, wenn also Minderheiten auch in ihrem ‚angestammten Gebiet‘ selbst Minderheiten (geworden) sind. Und dies ist ja bei den Sorben/Wenden der Fall“ (Laschewski/Häfner 2013, 2). Die Beiträge in diesem Band schließen auf unterschiedliche Weise an diese Fragestellung an und thematisieren den europäischen und nationalen Kontext mit Blick auf die Frage des Verhältnisses zwischen Mehrheitsgesellschaft und Minderheiten.
Ausgehend vom andinen Raum ist das Konzept des Buen Vivir derzeit in zahlreichen Regionen und Facetten aktuell. In diesem Beitrag wird ein kurzer ideengeschichtlicher und inhaltlicher Abriss der als „Buen Vivir“ bezeichneten Bewegung skizziert. Buen Vivir und Sumak Kawsay haben innerhalb von rund 15 Jahren einen internationalen Boom an Fach- und Populärliteratur ausgelöst, wobei die „Verstaatlichung“ dieser Konzepte in Ecuador und Bolivien zu ihrem Erfolg beigetragen hat. Zugleich haben genau diese politischen Prozesse die Konzepte von innen her ausgehöhlt und alternative Bewegungen tendenziell geschwächt, insofern wenigstens echte Teilhabe neuer Akteure (z.B. indigener Parteien) am Regierungsprozess letztlich weitgehend verunmöglicht wurde. Der Beitrag analysiert diese Entwicklung und Versuche, welche den originären Geist der Formulierungen rund um Sumak Kawsay (mehr als Buen Vivir) wiederbeleben und zu verbreiten suchen.
Study on the temperature effect on lap shear adhesive joints in lightweight steel construction
(2015)
In line with the developments in steel industry, the methods of joining steel members have been developed; therefore, the configuration of functional connections with economic and partly-aesthetic advantages has become possible by the use of the known joining methods, which are bolts, rivets and welding. However, these joining methods do not accompany the further developments and requirements needed to construct lightweight connections or to join dissimilar materials or composite constructions. Moreover, the traditional joining methods do not fulfill the increased requirements of the aesthetics of the joints. In the field of steel constructions, structural engineers might use the bonding technique as an alternative method to join the lightweight steel members or as a helpful mean in the bolted or riveted joints in heavyweight steel structures. Despite the advantages of the adhesive bonding technique, the structural designers in the field of steel constructions are still not able to use it in their practical applications because of the doubts regarding the verifiability of bonded steel joints. This is mainly because of the lack of standards for verifying such joints in steel constructions. To facilitate using this technique in steel constructions, hard efforts have to be performed in order to find out the methods of verifications of bonded steel joints. This starts with understanding the behaviour of the adhesive materials as well as their cohesion ability to the steel surfaces over the whole lifetime of the structure and under all possible loading and environmental conditions. Afterward, the mechanical properties of the adhesives have to be presented by their reliable values that take into account all factors and conditions to which the bonded joint is subjected. These values have to be based on the reliability methods and consequently they are guaranteed for the intended lifetime of the designed structure. It is well known that the adhesives, being viscoelastic materials, are very sensitive to several factors such as the environmental effects, mainly temperature and humidity, and the long-term loading. The loss of strength and durability of adhesives materials, due to the mentioned factors, is an essential aspect that has to be determined and to be taken into account of the structural designers during the design process. For example, it is generally proven that the increase of temperature causes a decrease in the elastic (E) and (G) moduli, cohesive and adhesive forces within the joint and maximum stresses which can be carried by the joint. However, there is still a huge lack in describing the degradations of the mechanical properties quantitatively.
Similarly, the failure in the adhesives, loaded for long time by a constant stress even less than their short-term strengths, is probable due to the well-known rheological phenomenon of viscoelastic materials which is the creep phenomenon. Moreover, the adhesives will creep at high temperatures faster; hence the failure will happen in a shorter time. Describing the long-term behaviour of the structural adhesives is still modest; therefore, the time-to-failure of bonded steel joints under long-term loading cannot be exactly predicted. This is an essential
issue has to be dealt with to fulfill the requirements of employing the adhesive bonding technique in the structural fields including the steel constructions. The efficiency of using adhesive-bonded joints in steel constructions is higher when the adhesives in these joints are loaded in shear. In such shear joints, the lightweight steel members (adherends) are likely to yield before the break within the adhesive layer happens, especially when large bonded areas are used because the developed shear stresses over the most of these areas will be very small. This thesis deals with the temperature influence on the behaviour of two adhesive systems (acrylic and epoxy) and on the capacities of adhesively bonded lap shear joints. The temperature influence is quantitatively described for short-term loading over a service range of temperature from -20 °C to +40 °C. The quantitative description is done by proposing the partial factors and the conversion factors that take the temperature effect into account. This influence is also dealt with for long-term loading to describe the shear creep behaviour of the adhesive materials used. Consequently, the time-to-failure of the bonded lap shear joints due to the creep phenomenon of the adhesives under three applied stresses at room temperature is predicted. Moreover, the estimation of time-to-failure is extended to be used for other shear stress levels. The temperature influence as well as the efficiency of using adhesive-bonded joints in lightweight galvanized steel constructions is also illustrated by giving a practical example of strengthening cold-formed “C” section girders. Comparisons between the two adhesive systems for all cases are given.
Groundwater is the main source for potable water and domestic use in numerous countries around the world. However, water quality can be affected by pollution, which influences the natural environment and human health. One of the widespread pollutants in water is ammonia which is toxic to fish and causes eutrophication of lakes and wetlands. Constructed wetlands are promising in situ water treatment methods thanks to enhanced microbial growth within the plants’ rhizospheres, which creates an effective contaminant degradation zone. The ammonia in constructed wetlands can be removed either via total nitrification with further denitrification or partial nitrification coupled with anaerobic ammonium oxidation (anammox). However, so far, the role of anammox in constructed wetlands as well as its correlation with other nitrogen transformations remains unclear. The quantification of nitrogen turnover processes in constructed wetlands is difficult due to the complexity of the wetland systems.
Accordingly, the main aim of this research is to investigate pathways of ammonium removal in constructed wetlands treating contaminated groundwater. For this, several approaches were applied: a) physico-chemical parameters measurements; b) investigations of nitrogen stable isotope fractionation; c) stable isotope labelling approach; d) molecular biological methods. Also, seasonal and spatial variations in nitrogen transformations in several types of constructed wetlands (unplanted horizontal subsurface flow, planted horizontal subsurface flow, and floating plant root mat) were investigated.
The application of the stable isotope approach combined with common physico-chemical investigations enabled us to identify key factors influencing efficiency of nitrogen removal in constructed wetlands, which was the plant presence as substrate for attachment and growth of microorganisms. Ammonium removal efficiencies were not different between investigated seasons (spring, summer, and autumn), what could be explained by the fact that throughout all investigated seasons the air temperature remained high (above 10°C). While plant uptake accounted for significant part of ammonium removal during spring and summer in planted constructed wetlands, isotope fractionation patterns revealed that nitrification-denitrification were prevailing processes in planted constructed wetlands throughout the year, occurring in a linear way along the flow path, and not depending on depth in the root zone.
The research results also illustrated that in the planted horizontal subsurface flow constructed wetland, the functional genes of the nitrogen cycle were evenly distributed in a linear way along the flow path with prevalence at the superficial points. The same trend was observed for the nitrification and denitrification turnover rates using the isotope labeling techniques. Significant nitrate consumption under aerobic conditions diminishes nitrification rates and should therefore be taken into account when estimating nitrification turnover rates. This nitrate consumption was due to aerobic denitrification, the rate of which was comparable to that for anaerobic denitrification. Consequently, denitrification should not be considered as an exclusively anaerobic process. Phylogenetic analysis of hydrazine synthase (hzsA) gene clones indicated the presence of Brocadia and Kuenenia anammox species in the constructed wetland. Although anammox bacteria were detected by molecular methods, anammox activity could not be measured and hence this process appears to be of low importance in nitrogen transformations in these freshwater ecosystems.
In conclusion, this research demonstrated that combination of physico-chemical measurements with stable isotope and molecular biological approaches is an effective tool for investigation of nitrogen transforming processes in constructed wetlands. Such information is not only valuable for understanding of the processes ongoing inside these wastewater treatment facilities but also necessary for further technological improvement of constructed wetlands.
Die sogenannte CSR-Richtlinie (Richtlinie 2014/95/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 22. Oktober 2014) muss bis zum 06.12.2016 in das deutsche Recht umgesetzt werden. Das Bundesministerium der Justiz und für Verbraucherschutz (BMJV) hat am 27. April 2015 ein "Konzept zur Umsetzung der CSR-Richtlinie – Reform des Lageberichts" zirkuliert. Stellungnahmen dazu wurden bis zum 10. Juli 2015 erbeten. Die vorliegende Stellungnahme ist dem BMJV am 7. Mai 2015 übermittelt worden und konzentriert sich auf den Teil-Aspekt „Umweltbelange“.
Brandschutz ist eine der zentralen Herausforderungen im Verkehrswesen. Besonders für Schienenfahrzeuge definiert die Norm DIN EN 45545 höchste Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe. Ungesättigte Polyesterharze (UP-Harze) stellen eine der mengenmäßig am häufigsten eingesetzte Materialklasse für Schienenfahrzeuge dar, besitzen jedoch nur eine geringe Brandfestigkeit. Heutige flammfeste UP-Harze enthalten in der Regel sehr hohe Anteile an Aluminiumhydroxid oder enthalten halogenierte Flammschutzmittel, um die Anforderungen bezüglich der Brandfestigkeit zu erfüllen. In Bezug zur neuen DIN EN 45545 reicht dies jedoch nicht mehr aus. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden daher phosphorhaltige Monomere als Rohstoffe für UP-Harze und organisch/anorganische Hybridharze aus Polysilazanen und UP-Harzen untersucht.
Es wurden drei phosphorhaltige Monomere (eine Säurekomponente und zwei Diolkomponenten) festgelegt, die in Kombination mit Standardrohstoffen eingesetzt werden sollten. Als Säurekomponente wurde Vinylphosphonsäure verwendet. Diese Säure zeigte jedoch nur mangelhafte Kondensationseigenschaften und führte zu UP-Harzen mit schlechten Verarbeitungseigenschaften, Glasübergangstemperaturen und Brandfestigkeiten. Als phosphorhaltige Diole wurden Derivate des 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxids (DOPO) und Isobutylbis-(3-hydroxypropyl) phosphinoxid untersucht. Beide Monomere wurden in Bezug auf die Kondensations-, Verarbeitungs- (Handlaminierverfahren) und Materialeigenschaften bewertet. Die erhaltenen UP-Harze auf Basis dieser Komponenten zeigten sehr gute Werkstoffeigenschaften, besonders bei Kombination beider Komponenten. Um die Anforderungen der DIN EN 45545 zu erfüllen, war jedoch die Zugabe von ATH als zusätzliches Flammschutzmittel erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeiten konnten vier Formulierungen identifiziert und entwickelt werden, die der höchsten Anforderung in Bezug auf den MAHRE-Wert (Maximalwert der durchschnittlichen mittleren Wärmefreisetzung) aus der DIN EN 45545 gerecht werden und gleichzeitig einfacher verarbeitet werden können als heutige kommerzielle Formulierungen.
Durch die Kombination von UP-Harzen mit Polysilazanen zu Hybridharzen sollte ebenfalls die Brandfestigkeit durch die Bildung einer keramischen Schicht erhöht werden. Da Polysilazane mit den Endgruppen (insbesondere mit den Säuregruppen) der UP reagieren, war es erforderlich, die UP-Harze mittels Endgruppenverschlusses zu modifizieren. Um zufriedenstellende Werkstoffeigenschaften zu erreichen, wurden insbesondere vernetzbare Reagenzien für den Endgruppenverschluss eingesetzt.
Die eingebrachten Polysilazane führten zu einem deutlich erhöhten Brandrückstand (keramische Abbauprodukte), einer geringeren Rauchentwicklung und einer geringeren Gesamtwärmefreisetzung als bei Standard-UP-Harzen. Besonders die hohe Festigkeit des Brandrückstands ist für zahlreiche Anwendungen, insbesondere bei tragenden Konstruktionen, interessant.
The continual optimization process for more efficiency of industrial flows has raised the need for providing deeper understanding of turbulence. These details can be provided by direct numerical simulation (DNS), which is impossible for most flows with current computers. Therefore, progress in optimizing Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) and large eddy simulation (LES) modeling strategies will need to continue. Another ansatz is the reduction to 2D or 1D models to reduce the numerical cost.
One dimensional turbulence (ODT) as presented by A. R. Kerstein is a new modeling strategy that reduces the 3D simulation to a 1D line of sight through the flow region. Due to the higher resolution afforded by the 1D model, it is possible to simulate even the smallest scales and to provide insight into turbulence statistics.
To assess the advantages and disadvantages of the model, ODT has to be validated against several flows. Within this thesis, ODT is validated against the channel flow, the passive scalar transport and the channel flow with a fluctuating pressure gradient. These flows are simplified test cases for the phenomena present in single-phase industrial flows. ODT produces meaningful results for friction Reynolds numbers up to Reτ = 6·10⁵ and for Prandtl numbers from Pr = 0.025 to 50. Statistics of the wall shear stress are presented and the influence of pressure fluctuations is discussed.
Based on these channel results, the non-breaking and breaking jet are simulated. While the former is a simplified case of a free-surface flow, the latter is of primary interest for spray formation and fuel injection. Detailed statistics of the TKE budgets and the breakup are presented. As the last case, the cloud top of a stratocumulus-topped boundary layer (STBL) was simulated. The case combines the interaction of an active and a passive scalar. It further combines the simulation of a stable and an unstable stratified region that suppresses and enhances turbulence respectively. The simulations reproduce the entrainment velocity and generate comparable mean and flux profiles compared to DNSs.
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 calculation. Its power consumption, electromagnetic radiation etc. can be measured, saved and analysed for the key extraction. Such attacks - the side channel analysis attacks (SCA attacks) - are significant threats when applying cryptographic algorithms. By taking the issue of physical attacks into consideration when implementing a cryptographic algorithm, it is possible to design an implementation that is resilient - at least to a certain extend - against side channel analyses. In this report, we give implementation details of the IHP accelerator for the elliptic curve point multiplication. We analysed the implemented algorithm ow and its power consumption using simulated power traces for the 130nm CMOS IHP technology. We made a horizontal power analysis attack using the difference-of-means test with the goal of finding potential SCA leakage sources, i.e. finding the operations in the algorithmic ow that are responsible for the correct extraction of the cryptographic key.
In der kommunalen Abwasserreinigung werden unter anderem Biofilmverfahren mit frei beweglichen Aufwuchskörpern mit einer Dichte von ca. 1 kg/m³ (Schwebebett) eingesetzt. Der Betrieb des Biofilmreaktors entspricht einem Mischreaktor. Gegenstand der Arbeit ist, einen Beitrag zur weiteren Aufklärung des komplexen Zusammenhanges von Bemessungsdaten und den Zustandsgrößen des Biofilmverfahrens mit frei beweglichen Aufwuchskörpern zu leisten.
Es erfolgen verfahrenstechnische Betrachtungen von Aufwuchskörpern unterschiedlicher Geometrien zur Durchmischung innerhalb kurzer Zeit im Reaktor und des dazu erforderlichen energetischen Aufwandes. Des Weiteren wird der optimale Füllgrad von Aufwuchskörpern in Abhängigkeit von der Reaktorgestaltung bestimmt.
Unter definierten Laborbedingungen konnten Erkenntnisse hinsichtlich des Temperatureinflusses sowie der BSB5 - Oberflächenbelastung auf die Abbauleistung gewonnen werden. In halbtechnischen Versuchen auf den Kläranlagen Kaditz und Rochlitz fanden Untersuchungen zum Einfahrverhalten unterschiedlicher Aufwuchskörper zu Biomassebildung und zu Abbauleistung statt. Auf der Kläranlage Lunzenau wurde eine im technischen Maßstab nachempfundene Kleinkläranlage im Hinblick auf den Einfluss der organischen Belastung auf die Biomassebildung und Abbauleistung betrieben. Die Bewertung der beschriebenen Versuchsanlagen sowie im Betrieb befindlicher Kleinkläranlagen erfolgt bezüglich der Abwasserkenngrößen, wie Schlammbelastung, Überschussschlammbildung, Schlammalter und Wachstumsraten.
Die Messung von Schichtdicken sowie die Erstellung von Sauerstoffprofilen ermöglicht es, Aussagen zur Effektivität des Stofftransportes im Biofilm zu treffen. Von Interesse sind Aussagen zur Aktivität der Mikroorganismen im Biofilm, welche durch Bestimmung von Enzymaktivitäten (Esteraseaktivität) ermittelt werden konnten. Die simultan ablaufenden Prozesse des Kohlenstoffabbaus, der Nitrifikation und der Denitrifikation durch den Biofilm werden hinsichtlich ihrer Potenziale, Leistungsfähigkeit und Grenzen untersucht, ebenso wie die Elimination von Phosphor.
Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse können theoretische Berechnungen zum Sauerstoffbedarf und zur Sauerstoffzufuhr hergeleitet werden. Insbesondere Kleinkläranlagen und kleine Kläranlagen werden durch den Eintrag von Antibiotika und Desinfektionsmitteln aus Haushalten und Kleingewerbe nachhaltig im Betriebsablauf gestört. Dazu konnten in Laborversuchen Aussagen zu Grenzkonzentrationen ermittelt werden.
The aim of this work is to describe and explain the properties of defects in multicrystalline (mc) and thin-film solar silicon (Si). For this reason, investigations with scanning electron microscope methods were performed, namely cathodoluminescence (CL), electron beam induced current (EBIC), electron backscatter diffraction (EBSD) and transmission electron microscopy (TEM). Additionally, photoluminescence (PL) and reverse-biased electro luminescence (ReBEL) measurements were also conducted. Through correlation of PL, ReBEL and EBIC, it was possible to localize breakdown sites at mc-Si solar cells. Problems that occurred during the thin-film EBIC investigations could be demonstrated and explained. For the first time cross sectional EBIC investigations could be performed on thin-film silicon tandem cells. At mc-Si, it was possible to observe the oxygen related P-line next to the common D1-line luminescence at 10 K clearly distinguishable from each other at once. Furthermore, a hitherto not comprehensively discussed intense luminescence line at 0.93 eV could be described in detail. Through correlation of PL, CL, EBIC, EBSD, and TEM measurements, the origin of the now named Di luminescence at 0.93 eV is postulated to be in connection with Frank partial dislocations, with two energetic levels inside the band gap, one at 112±9 meV below the conduction band and the other at 93±10 meV above the valence band. Finally, it was attempted to explain the behavior of twin boundaries at temperatures below 30 K, where these show an enhanced collection efficiency in comparison to the surrounding grains. An alteration of the local “freeze out” temperature, possibly by a local band gap narrowing, is suggested as a reason. Another conceivable explanation is a breakdown of the diode potential at the grains.
Mit dem Beschluss des sogenannten Atomausstiegs hat die Anti-Atom-Bewegung in der Bundesrepublik viele ihrer Forderungen realpolitisch durchgesetzt. Doch mit dem Atomausstieg und der erneuten Suche hat der Staat die Deutungshoheit im Bereich des Umgangs mit radioaktiven Reststoffen zunächst wiedererlangt. Die protesterprobte Anti-Atom-Bewegung lehnt das Gesetz in der bisherigen Form zwar überwiegend ab - wird sich dem Prozess der Endlagerstandortsuche aber dennoch kaum entziehen können. In diesem Beitrag wird aus drei verschiedenen aktuellen Forschungsansätzen der Bewegungsforschung aufgezeigt, warum eine solche Annäherung zukünftig als wahrscheinlich anzunehmen ist. Eine Kooperation von Staat und Anti-Atom-Bewegung erscheint langfristig wahrscheinlich, was aber nicht mit einer politisch-inhaltlichen Annäherung identisch sein muss.
With the recent developments in electrical transmission system, HVDC transmission for long distances has become feasible. With this development, many insulators are being used in HVDC system. Different kinds of insulators are situated at different places (example: desert, near to sea, agriculture area, etc.) so they will get expose to different types of pollution. Pollution affects the behavior of insulation in terms of breakdown and withstand capability. The application experience of insulators under HVDC conditions is limited. There is a necessity to understand the flashover performance and to recognize key parameters in the design and dimensioning of insulators used under HVDC conditions. This dissertation presents the difference between the analysis of partial breakdowns at AC and DC.
The dissertation explains the behavior of a water drop on insulator shed surface energized with DC. It deals with the moving water drop and hanging drop at the edge of the shed.
There are many situations where insulator structure should be in parallel. For example, the structure of insulators in vertical disconnector equipment often is parallel. If insulators are arranged in parallel, then the behavior of the electric field is totally different. It is important to know the behavior of these insulators used in HVDC system. This report also explains the pollution and non-pollution behavior of parallel insulators energized with DC.
The results can be a source of information to optimize the design and dimensioning of HVDC insulators, especially in pollution conditions.
Since Z3, the first automatic, programmable and operational computer, emerged in 1941, computers have become an unshakable tool in varieties of engineering researches, studies and applications. In the field of hydroinformatics, there exist a number of tools focusing on data collection and management, data analysis, numerical simulations, model coupling, post-processing, etc. in different time and space scales. However, one crucial process is still missing — filling the gap between available mass raw data and simulation tools.
In this research work, a general software framework for time series scenario composition is proposed to improve this issue. The design of this framework is aimed at facilitating simulation tasks by providing input data sets, e.g. Boundary Conditions (BCs), generated for user-specified what-if scenarios. These scenarios are based on the available raw data of different sources, such as field and laboratory measurements and simulation results. In addition, the framework also monitors the workflow by keeping track of the related metadata to ensure its traceability.
This framework is data-driven and semi-automatic. It contains four basic modules: data pre-processing, event identification, process identification, and scenario composition. These modules mainly involve Time Series Knowledge Mining (TSKM), fuzzy logic and Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS) to extract features from the collected data and interconnect themselves. The extracted features together with other statistical information form the most fundamental elements, MetaEvents, for scenario composition and further time series generation. The MetaEvents are extracted through semi-automatic steps forming Aspects, Primitive Patterns, Successions, and Events from a set of time series raw data. Furthermore, different state variables are interconnected by the physical relationships derived from process identification. These MetaEvents represent the complementary features and consider identified physical relationships among different state variables from the available time series data of different sources rather than the isolated ones. The composed scenarios can be further converted into a set of time series data as, for example, BCs, to facilitate numerical simulations.
A software prototype of this framework was designed and implemented on top of the Java and R software technologies. The prototype together with four prototype application examples containing mathematical function-generated data, artificial model-synthetic hydrological data, and measured hydrological and hydrodynamic data, are used to demonstrate the concept. The results from the application examples present the capability of reproducing similar time series patterns from specific scenarios compared to the original ones as well as the capability of generating artificial time series data from composed scenarios based on the interest of users, such as numerical modelers. In this respect, it demonstrates the concept’s capability of answering the impacts from what-if scenarios together with simulation tools. The semi-automatic concept of the prototype also prevents from inappropriate black-box applications and allows the consideration of the knowledge and experiences of domain experts. Overall, the framework is a valuable and progressive step towards holistic hydroinformatics systems in reducing the gap between raw data and simulation tools in an engineering suitable manner.
A Simulation analysis to improve the dielectric strength inside High Voltage Vacuum Interrupters
(2015)
Vacuum circuit breakers are expected to be one of the possible alternatives for SF6 circuit breakers in transmission voltages up to 230kV because of the excellent insulation as well as environmental friendly characteristics of vacuum. But for higher voltages, maintaining the electrical insulation inside and outside the interrupter tube is very important and becoming a challenge for the design engineers. Normally a vacuum interrupter consists of metal shields sandwiched between the ceramic insulator blocks inside the tube. The primary purpose of these metal shields is to protect the insulator walls by avoiding metal vapor deposition during the arcing process. On the other hand, these metal shields also influence the electric field distribution inside the interrupter tube. The presence of the metal shields may reduce the dielectric strength of the interrupter tube if proper measures are not taken.
This research is devoted to provide the information about the possible areas inside and outside the interrupter tube that are considered as critical in terms of dielectric strength because of the presence of metal shields. Possible solutions are also given in this thesis to overcome the high field stress in these critical areas with the help of 2D simulations that are simulated in ANSYS Maxwell.
The critical areas and their respective solutions presented in this work are (1) unidentified edges outside the interrupter tube which are formed by the metal shields that are inserted between the ceramic blocks. These edges, at high field stress, may act as a source of discharges between the interrupter tube and the outer insulator. This problem can be reduced by the combination of using a pressurized insulating gas (which is in this case N2) between interrupter tube and outer insulator and by extending the unidentified edges and covering them with field grading rings which are conductive in nature. (2) Triple junctions (Vacuum-Ceramic-Metal shield) are the sources of high field stress inside the interrupter tube and are considered as a primary source of Secondary Electron Emission Avalanche that takes place on the (3) ceramic surface. The triple junction emissions can be avoided by properly designing the insulator geometry at point of contact with the metal shield. In addition, inserting metal parts of certain depth at the both ends of the ceramic insulators can also reduce the field stress at the triple junctions and avoid surface flashovers on the ceramic surface. (4) The gap between the metal shield and the contact rod is also considered to be a critical area which can be highly stressed (field) if the geometry of metal shield curvature is not properly designed. Various metal shield curvatures are proposed and simulated and an optimum geometry is suggested that reduces the electric field stress between the metal shield and contact rod. Using this optimized metal shield curvature, the diameter of the interrupter tube can be reduced considerably which in turn reduces the size of the interrupter tube.