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Das heutige Antalya Ovasi, das im Süden der Türkei liegt, war in der Antike unter dem Namen ‘Pamphylien’ bekannt. Reste der pamphylische Stadt Perge erstrecken sich 12 km von der Strandlinie landeinwärts unterhalb einer Felshöhe. Das Theater von Perge ist in den Hang des Hügels Kocabelen im Südwesten der Stadt hineingebaut. Die Bühnenfassade, die scaenae frons, war dreigeschossig mit einer Spielbühne, dem Proskenion. Dennoch lag der Bühnenfassade keine einheitliche Planung zugrunde, sie ist vielmehr das Ergebnis von zwei Hauptbauabschnitten. Die Fassade bestand ursprünglich aus einem Proskenion und einer zweigeschossigen scaenae frons. In der zweiten Bauphase wurde das erste Proskenion abgetragen und ein neues errichtet. Zudem wurde die zweigeschossige scaenae frons um ein drittes Geschoß erhöht. Nach der Bauornamentik ist anzunehmen, daß sich die Errichtung der ersten Fassade von der Mitte des 2. Jhs. n. Chr. bis über die Jahrhundertwende hinweg hinzog. Das dritte Geschoß und das zweite Proskenion wurden etwa zehn bis dreizig Jahre später (220-240 n. Chr.) errichtet als die Abschnitte der ersten Bauphase.
In this study, heat-treated and multisurface engineered DIN 1.2367 tool steel was subjected to room and elevated temperature wear tests, and the effect of nitriding on its tribological behavior was investigated. CrN, AlTiN, and CrN/AlTiN coatings with a total thickness of 2 µm were obtained by arc cathodic physical vapor deposition on conventional heat-treated and gas-nitrided steels. The white layer formed during nitriding was removed, and a diffusion layer (100 µm) was achieved in the cross section of the steel having a tempered martensitic matrix. The highest surface hardness was attained with an integral coating (CrN/AlTiN), and surface hardness increased even more after nitriding due to the formation of a multicomponent ceramic layer on top of the diffusion layer. The room temperature wear tests performed against an alumina counterpart revealed that (i) CrN/AlTiN-coated steel had the highest friction coefficient of 0.26, which further increased to 0.33 by nitriding due to the increase in shear strength, and that (ii) with increasing surface hardness, the specific wear rates (W) of the heat-treated and coated steels could be ranked as follows: WCrN/AlTiN < WAlTiN < WCrN. The wear rates decreased when nitriding was carried out prior to coating. In order to simulate the aluminum extrusion conditions, hot wear behavior of the surfaces against AA6080 alloy at 450 °C was investigated. The hot wear tests revealed that (i) high friction coefficients were reached due to the adhesive characteristic of aluminum to the surfaces, (ii) the nitrided and CrN/AlTiN-coated sample exhibited the lowest wear rate among all studied surfaces, and (iii) the film damage on the worn surfaces mostly occurred in the form of droplet delamination.
Videokonferenzen gelten als eine populäre Anwendung in modernen Netzwerken. Trotz langjähriger Erfahrungen gehören sie nicht zu den alltäglich genutzten Diensten. Videokonferenzdienste im Internet unterstützen meist offene Konferenzgruppen. Jedoch haben die Mehrzahl der alltäglichen Beratungen einen geschlossenen Charakter. Systeme, die geschlossene Gruppen unterstützen, basieren meist auf spezieller Studiotechnik. Desktop-Systeme lassen nur ein begrenztes Leistungsangebot zu. Besonders beim Aufbau von Mehrteilnehmer-Gruppen ist es schwierig, eine gute Dienstgüte bereitzustellen. Deshalb haben Systeme für geschlossene Gruppen bisher keine breite Anwendung gefunden. Die vorliegende Arbeit untersucht zwei Anätze zur Gestaltungsprinzipien von geschlossenen Mehrteilnehmer-Videokonferenzsystemen. Der Erste untersucht den Aufbau von globalen Konferenzen über den Verbund lokaler Systeme. Der Zweite, ein Peer-to-Peer-Konzept, untersucht die Unterstützung von geschlossenen Gruppen im Internet.
Motivation: Ceroxid wurde Beachtung in der Mikroelektronik (z.B. als hoch-k Oxid, Pufferschicht in der Heteroepitaxie) und in der Katalyse (z.B. zur selektiven Oxidation und für Dehydrierungsreaktionen) geschenkt, aufgrund seiner strukturellen (ähnliche Kristallstruktur und kleine Gitterfehlanpassung in Bezug auf Silizium) und elektronischen (Variation des Ce4+/Ce3+-Valenzzustandes und Ausbildung von Sauerstoffvakanzen) Eigenschaften. Deshalb wurden einkristalline, epitaktische Ceroxiddünnfilme ausgiebig untersucht. Obwohl das benachbarte Seltenerdoxid, Praseodymoxid, ergänzende Eigenschaften aufweist, wurde es weniger studiert, aufgrund seines komplexen Phasendiagramms. Da beide Oxide ein flexibles strukturelles (Polymorphismus) und elektronisches (Variation des Valenzzunstandes) Verhalten aufweisen, ist es von Interesse, Cer-Praseodym-Mischoxide zu untersuchen, um gezielt Eigenschaften für die jeweilige Anwendung einzustellen und zu verbessern. Ziel: Zwecks dessen ist es das Ziel dieser Doktorarbeit in einem interdisziplinären Ansatz solche einkristallinen und epitaktischen, binären und ternären Ce1-xPrxO2-δ Dünnfilme zu wachsen und zu charakterisieren, um so qualitative Proben für weitere Grundlagenstudien, bezüglich der strukturellen und elektronischen Eigenschaften, zur Verfügung zu stellen, die für künftige Anwendungen in Mikroelektronik und Katalyse von Interesse sind. Experiment: Solche einkristallinen und epitaktischen Ce1-xPrxO2-δ Dünnfilme wurden auf einem Si(111) Substrat mittels Molekularstrahlepitaxie gewachsen. Eine in-situ Kontrolle über die Kristallwachstumsqualität wurde mittels Beugung hochenergetischer Elektronen bei Reflexion erreicht. Eine detaillierte Strukturaufklärung wurde mittels labor- und synchrotronbasierter Röntgenstreuung durchgeführt. Zusätzlich diente Transmissions-elektronenmikroskopie dazu eine hochauflösende Einsicht in die Struktur zu bekommen. Die strukturelle Charakterisierung wurde mit theoretischen ab-initio Berechnungen untermauert. Um die Stöchiometrie und den Valenzzustand in den ternären Mischoxiden zu bestimmen, wurde Röntgenphotoelektronenspektroskopie benutzt. Die mikroskopische Defektstruktur wurde mittels Ramanspektroskopie untersucht. Schlußendlich gab die Temperatur-programmierte Desorption einen ersten Einblick in das katalytische Verhalten. Ergebnisse: Die strukturellen Untersuchungen implizieren ein epitaktisches, zwillingsfreies, ausschließlich typ-B orientiertes CeO2(111) Wachstum auf Si(111) mittels einer ultradünnen hex-Pr2O3(0001) Pufferschicht. Dies wurde durch die kristallographische Weiterführung des Sauerstoffuntergitters und den Erhalt des halbleitenden Verhaltens an der Ceroxid-Praseodymoxid-Grenzfläche möglich. Eine Stabilisierung von Pr4+ Kationen wurde mittels ab-initio Berechnungn vorausgesagt, um den Grenzflächenübergang zu begünstigen. Auf solchen hex-Pr2O3(0001)/Si(111) Trägern wurde auch das Wachstum von ternären Ce1-xPrxO2-δ Mischoxiden ermöglicht. Eine stöchiometrieabhängige Studie implizierte ebenfalls ein Zusammenspiel von strukturellen und elektronischen Eigenschaften. In Abhängigkeit von dem Pr Gehalt stellte sich heraus, dass in der Tat Mischungen mit Pr3+ Eingliederung in die CeO2 Fluoritmatrix und mit Ce3+ Eingliederung in die hex-Pr2O3 Matrix resultierten. Zwischen diesen beiden Grenzfällen wurde gezeigt, dass eine höhere Pr-Konzentration zu einer höheren Tendenz führte, Ce3+ Kationen in einem Bixbyit Gitter zu bilden. Jedoch konnten Fluoriteinschlüsse nicht ausgeschlossen werden. In einer ersten temperaturabhängigen Studie bezüglich des Reduktionsverhaltens wurde mittels des linear steigenden, integralen O2 Desorptionssignals und des kristallographischen Netzebenenunterschiedes der geheizten Ce1-xPrxO2-δ Mischoxide demonstriert, dass die Sauerstoffspeicherungsfähigkeit aufgrund des Pr4+/Pr3+ Redoxsystems über die Pr-Dotierung maßgeschneidert werden kann. Des Weiteren wurde festgestellt, dass der Kohlenwasserstoffoxidationprozess hauptsächlich über das Ce4+/Ce3+ Redoxsystem gesteuert wird, da die Desorptionstemperatur von CO2 sich mit steigendem Ce Gehalt verringert. Ausblick: Epitaktische und einkristalline Ce1-xPrxO2-δ/Si(111) Heterostrukturen sind in den Forschungsbereichen der Katalyse und Mikroelektronik von Interesse für zukünftige Untersuchungen. Sie können als modelkatalytisches System verwendet werden, um einen tieferen Einblick in die Korrelation von kristallographischer und elektronischer Struktur mit den Reaktionsmechanismen zu erhalten, indem die Komplexität des Systems schrittweise unter definierten Reaktionsbedingungen erhöht wird. Des Weiteren können Anwendungen im Bereich der Mikroelektronik evaluiert werden. „Oxygen vacancy engineering“ in Seltenerdoxiden wird bereits intensiv untersucht, um „room temperature ferromagnetism“ Phänomene zu erklären und gegebenfalls in der Spintronik nutzbar zu machen.
Gallium nitride (GaN) is a III-V semiconductor, characterized by direct, wide band gap of 3.4 eV at RT. As a material of particular interest for opto- and power electronics applications, it has been thoroughly studied in recent years. Utilization of GaN homoepitaxy in manufacturing of laser diodes (LDs), light-emitting diodes (LEDs), power devices, etc. would be beneficial in terms of reducing defect density, thus improving their lifetime and performance. Yet cost-effective process for providing native GaN substrates has not been established so far.
The focus of this work is put on development of a new method to grow single crystalline GaN layers from Ga vapour. Our approach exploits microwave (MW) plasma as a source of excited nitrogen species, in contrast to classical physical vapour transport (PVT)-based technique, in which ammonia (NH3) serves as a source of reactive nitrogen. Novelty of MW plasma enhanced growth of GaN from vapour lies in MW nitrogen plasma formation in the vicinity of the seed, at moderate pressure (200 – 800 mbar range), and concurrent physical vapour transport of Ga to the growth zone. Simulations of the growth setup (HEpiGaN software) and of the MW plasma source (CST Microwave software) have followed the extensive investigations of material properties. The growth setup and the MW plasma source, with the resonance cavity being its crucial part, have been constructed and implemented into the existing growth reactor.
The stability of MW plasma in function of temperature and pressure has been studied along with its influence on the seed temperature, and thus on the growth conditions. Furthermore, optical emission spectroscopy (OES) has been utilized for in-situ characterization of the growth atmosphere. Studies on the interaction of Ga vapour with the nitrogen discharge were interpreted on the basis of the level structure of lower excited states of Ga.
Deposition experiments have been conducted, using sapphire seeds, GaN, AlN and AlGaN templates, while GaN single crystalline layers have been grown on sapphire and GaN templates. Characterization of GaN layers have been done by various methods, i.e. structure of layers by scanning electron microscopy (SEM), their composition by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and secondary ion mass spectrometry (SIMS), and crystal quality by high resolution X-ray diffraction (HRXRD). Results of the characterization together with outcome of OES measurements revealed importance of carbon for the sub-atmospheric MW plasma enhanced growth of GaN from vapour. In addition, this fact was confirmed by experiments in the setup with reduced carbon content. Possible routes for GaN synthesis have been discussed, with the most probable being CN-assisted GaN formation. While CN was detected in the plasma spectra, there was no evidence for the existence of GaN molecules in vapour phase.
High-resolution imaging of buried metal interconnect structures in advanced microelectronic products with full-field X-ray microscopy is demonstrated in the hard X-ray regime, i.e., at photon energies > 10 keV. The combination of two multilayer optics—a side-by-side Montel (or nested Kirkpatrick–Baez) condenser optic and a high aspect-ratio multilayer Laue lens—results in an asymmetric optical path in the transmission X-ray microscope. This optics arrangement allows the imaging of 3D nanostructures in opaque objects at a photon energy of 24.2 keV (In-Kα X-ray line). Using a Siemens star test pattern with a minimal feature size of 150 nm, it was proven that features < 150 nm can be resolved. In-Kα radiation is generated from a Ga-In alloy target using a laboratory X-ray source that employs the liquid-metal-jet technology. Since the penetration depth of X-rays into the samples is significantly larger compared to 8 keV photons used in state-of-the-art laboratory X-ray microscopes (Cu-Kα radiation), 3D-nanopattered materials and structures can be imaged nondestructively in mm to cm thick samples. This means that destructive de-processing, thinning or cross-sectioning of the samples are not needed for the visualization of interconnect structures in microelectronic products manufactured using advanced packaging technologies. The application of laboratory transmission X-ray microscopy in the hard X-ray regime is demonstrated for Cu/Cu6Sn5/Cu microbump interconnects fabricated using solid–liquid interdiffusion (SLID) bonding.
Diese Bachelorarbeit präsentiert die Implementierung und Validierung einer Partitionierungsstrategie mit graphentheoretischem Ansatz für aeroelastische Berechnungen in thermischen Turbomaschinen für den Rolls-Royce plc. (RR) firmeneigenen Strömungslöser AU3D. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der effizienten Parallelisierung von reduzierten und dennoch akkuraten aeroelastischen Rechenmodellen der SPMR-Methode und der SAMR-Methode. Mit der momentanen Partitionierungsmethode kann das Potenzial dieser Modelle aufgrund des besonderen geometrischen Aufbaus nicht ausgenutzt werden und eine erfolgreiche Integration in den Entwurfsprozess ist nicht möglich. Durch die exakte Darstellung der im Strömungslöser auftretenden Kommunikation mittels eines Graphen und der Einbindung des externen Graphenpartitionierers Metis können nun auch reduzierte Modelle erfolgreich parallelisiert werden. Zuerst werden alle Gitterpunkte anhand der Gitterstruktur in einen Graphen transformiert. Zusätzliche Verbindungen werden in Abhängigkeit des jeweilig vorliegenden Modells bestimmt und als zusätzliche Information im Graphen abgespeichert. Anschließend wird mit Hilfe eines externen Graphenpartitionierers eine Partitionstabelle erstellt. Im Anschluss werden alle Paare, welche auf Grund des Strömungslösers in einer Partition sein müssen, kontrolliert und falls notwendig verändert. Die so produzierten Partitionen zeigen eine ausgeglichene Punkteverteilung und es können die geometrischen Besonderheiten in den getesteten Modellen verarbeitet werden. Unter Berücksichtigung der noch ausstehenden Validierungsarbeiten bezüglich des parallelen Strömungslösers kann mit der neuen Partitionierungsmethode ein SPMR-Modell zur Berechnung von erzwungenen Schwingungen in weniger als 7 Stunden, statt in zweieinhalb Tagen, absolviert werden. Somit ist eine Integration von aeroelastischen Rechnungen in den Entwurfsprozess zukünftiger Triebwerksentwicklungen möglich. Die vielseitige Anwendungsmöglichkeit für alle Arten von aeroelastischen Modellen konnte während der Laufzeit-Validierung gezeigt werden. Es wurde nachgewiesen, dass die neue Partitionierungsstrategie um eine Größenordnung weiter skaliert als die bisherigen Methoden. Somit können auch zukünftige Modellgrößen und Computercluster effizient genutzt werden und auch Vollmodelle innerhalb von 24 Stunden berechnet werden.
In-stream microbial carbon transformation under opposing stresses - drought and sediment transport
(2018)
The mineralization of organic matter (OM) is an important ecosystem service that has come under pressure because of increased frequency of droughts and higher sediment loads in running waters. In particular, lowland streams in temperate regions may experience reinforced sediment transport through migratory ripples and changes of naturally sorted sand and gravel in streambeds towards sand-dominated, homogenized streambed structure. The impact on microbial carbon (C)-transformation from these changes was the main focus of my doctoral thesis, in particular the impact of (i) periodic mechanical disturbance associated with ripple migration (ii) streambed structure homogenization, and (iii) drought in streambeds with sorted or homogenized sediment structure.
In a set of microcosms, the significance of periodic mechanical disturbances for microbial C-transformation was tested. Thereby, the quantity and quality of the OM in the sandy sediments were varied by the addition of leaves and fish feces to the OM-poor sands. The results revealed that periodic mechanical disturbances resulted in significant decrease in microbial respiration to a low and similar level regardless of OM quality contained in sand.
The importance of the streambed structure (sorted vs homogenized) for C-transformation was tested using set of experimental streams. The focus was on the interaction between benthic and hyporheic microbial processes in C-transformation to better understand the consequences of streambed homogenization on microbial function. The results showed that sediment structure determines connectivity between the benthic and hyporheic zones. The lower water exchange in homogenized streambeds and thereby reduced supply of freshly produced bioavailable OM from the benthic to the hyporheic zone, curtailed microbial respiration in the latter affecting the water quality.
The influence of a drought and rewetting was tested on C-transformation in streambeds with a sorted or homogenized sediment structure using experimental streams where one half of the streams were strongly shaded and the other half moderately shaded. The results showed that streambeds affected by droughts, either with sorted or homogenized sediment structure have a similar microbial activity at the first place controlled by shading, whereas microbial composition during drought and its recovery after rewetting was additionally affected by sediment structure.
Overall, this doctoral thesis showed that in sediment transport– and drought-impacted streambeds (i) ripple migration results in decreased C-transformation regardless of the available quality of OM, (ii) homogenization of sorted sediment structure leads to a decrease in microbial C-transformation in the hyporheic zone, and (iii) interaction between sediment structure and shading alters microbial community composition especially critical for resistance and resilience of C-transformation during drought and rewetting.
Im heutigen Bereich der Analytik spielen optische Verfahren eine wichtige Rolle und kommen in unterschiedlichsten Anwendungen zum Einsatz. Vorteilhaft ist dabei die berührungslose und zerstörungsfreie Messung mit Licht, die die Analyse von kritischen Substanzen deutlich vereinfacht. Die optische Spektroskopie nimmt dabei einen wichtigen Teil der Analytik ein. Speziell die Nah-Infrarot (NIR)-Spektroskopie im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 3000 nm weist zahlreiche Anwendungen auf, die von chemischen Reaktionen und Prozessanalysen, der Untersuchung von Polymeren und Textilien, der Qualitätskontrolle von Früchten und Samen bis in die Medizintechnik reichen. Die hierfür verwendeten NIR-Spektrometer sind überwiegend als Spektrografen ausgelegt, wobei das dispersive Element fest eingebaut ist und das Spektrum über ein Galliumarsenid basiertes Diodenarray vermessen wird. Diodenarrays im NIR-Bereich sind kostenintensiv, tragen allerdings maßgeblich zur spektralen Auflösung der Spektrografen bei. Ein alternativer Ansatz ergibt sich durch Monochromatoren mit einem beweglichen dispersiven Element, wobei das Spektrum zeitabhängig über den Detektor streicht. Dadurch ist nur eine Einzeldiode als Detektor ausreichend. Die spektrale Auflösung ist in diesem Fall allerdings eine Funktion der zeitabhängigen Position des dispersiven Elements, die mit hoher Präzision kontrolliert und bestimmt werden muss. In Kombination mit schnellen Messzeiten eines Spektrums im Millisekunden-Bereich, ist eine makroskopische Realisierung sehr aufwendig. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich alternativ mit der Herstellung und Charakterisierung eines mikromechanischen NIR-Beugungsgitters, durch das ein neuartiges, miniaturisiertes NIR-Spektrometer, basierend auf einer Monochromator-Konfiguration, realisiert werden konnte. Das Beugungsgitter basiert dabei auf einem resonant schwingenden Mikrospiegel, der als mikroelektromechanisches System (MEMS) mittels siliziumbasierter, oberflächennaher Volumen-mikromechanik hergestellt wurde. Dabei konnte durch den Einsatz des mikromechanischen Beugungsgitters ein äußerst kompaktes und robustes NIR-Spektrometer (10 x 8 x 7,5 cm³) entwickelt werden, das als Monochromator-System einen deutlichen Kostenvorteil gegenüber derzeitigen NIR-Spektrografen erzielen kann. Erforderlich war hierbei, die Anforderungen an das mikromechanische Beugungsgitter zwingend an den Randbedingungen des NIR-Spektrometers zu spiegeln und mit Ihnen in Übereinstimmung zu bringen. Durch eine gezielte Dimensionierung und Optimierung der mechanischen und optischen Eigenschaften des mikromechanischen Beugungsgitters, zu der unter anderem die Größe, Beugungseffizienz, Schwingungsfrequenz, Schwingungsstabilität, Schockfestigkeit und ein Verfahren zur Detektion des zeitabhängigen Torsionswinkels gehörte, konnte eine spektrale Auflösung des NIR-Spektrometers von unter 10 nm bei einem Wellenlängenbereich von 900 – 2500 nm erreicht werden. Gleichzeitig wurden 3 verschiedene Gitterstrukturen zur Maximierung der Beugungseffizienz untersucht, erfolgreich hergestellt und vermessen.
Die GURNEY-Energie lässt Aussagen über den Energiegehalt eines Sprengstoffes und somit über sein Arbeitsvermögen zu. Diese im militärischen Bereich etablierte Größe wurde im Rahmen dieser Arbeit für verschiedene zivil genutzte Sprengstoffe bestimmt. Es wurden Sprengstoffe gewählt, die im gewerblichen Bereich häufig angewendet werden, z.B. in Steinbrüchen oder im Bergbau. Die Bestimmung der GURNEY-Energien dieser Gesteinssprengstoffe wurde mit dem ebenfalls aus dem militärischen Bereich adaptierten Zylindertestverfahren durchgeführt. Dazu wurden die Messbedingungen an die Anforderungen, die zivile Sprengstoffe an einen solchen Test stellen, angepasst. Ferner wurde eine neue Methode zur Aufzeichnung der Versuche entwickelt. Mit Hilfe einer Ultra-High-Speed-Kamera wurde die seitliche Zylinderrohraufweitung infolge der sich durch die Detonationswirkung ausbreitenden Schwaden aufgezeichnet. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten zur Auswertung der Zylindertests. Im Gegensatz zu der üblicherweise eingesetzten Streak-Aufnahmetechnik können mit der hier verwendeten Methode mehr Informationen aus einem Versuch gewonnen werden. Aus den Zylindertestdaten lassen sich mit Hilfe der sogenannten GURNEY-Gleichung die GURNEY-Energien und auch die häufig verwendeten GURNEY-Konstanten ermitteln.
Die JWL- Zustandsgleichung (Jones – Wilkens – Lee – Zustandsgleichung) beschreibt den Druckverlauf der sich ausbreiten Detonationsschwaden. Diese Zustandsgleichung ist Bestandteil verschiedener Computercodes zur numerischen Simulation von Detonationsprozessen. Da solche Simulationen immer mehr an Bedeutung gewinnen, ist eine Kenntnis der sprengstoffspezifischen Parameter auch für zivil genutzte Sprengstoffe wichtig. Bislang sind nur sehr wenige zivile Sprengstoffe hinsichtlich ihrer JWL-Parameter untersucht worden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein einfaches Näherungsverfahren entwickelt, um die sprengstoffspezifischen JWL-Parameter der untersuchten zivilen Gesteinssprengstoffe durch partielles Fitting der aus den Daten der Zylindertestversuche erhaltenen Energiekurven zu bestimmen.
In der vorliegenden Dissertation wird ein Beitrag zur Theorie der Steuerungsaufgaben mit einem a priori gegebenen unendlichen Zeithorizont geleistet. Diese Aufgabenklasse entsteht im Kontext der Quantenmechanik und der Theorie der Stabilisierung dynamischer Systeme, wo eine Divergenz des zu optimierenden Zielfunktionals ausgeschlossen werden muss. Es wird das Lebesgue-Integral zugrunde gelegt. Die Optimierung erfolgt in gewichteten Hilberträumen. Konkret werden Aufgaben betrachtet, deren Zustände Elemente eines gewichteten Sobolev-Raumes sind. Die Gewichtsfunktion µ mit µ(t)=exp(-⍴t), ⍴ > 0 ist dabei geeignet zu wählen. Hierzu wird der Parameter ⍴ > 0 aus der Dynamik bestimmt. Die Steuerungsaufgabe bettet sich so in eine konvexe Hilbertraumtheorie ein. Die zulässigen Prozesse lassen sich uniform in der Norm des Hilbertraumes majorisieren. Fast überall punktweise konvergente Folgen zulässiger Zustandstrajektorien konvergieren gemäß dem Satz von Lebesgue über die majorisierte Konvergenz auch in der Topologie des Hilbertraumes selbst. Dies erlaubt es, die Aufgabe zum einen mit Methoden der Funktionalanalysis zu studieren, zum anderen punktweise Argumente zu verwenden. Konkret wird die Dynamik im Sinn eines Anfangswertproblems nach Carathéodory studiert. Die lokal absolut stetige Lösung lässt sich in den gewichteten Sobolev-Raum einbetten. Es genügen lokale, punktweise Argumente auf Seiten der Dynamik, um die Aufgabe in den Kontext einer Hilbertraumtheorie zu setzen.
In diesem Kontext befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Herleitung notwendiger Optimalitätskriterien. Es werden zwei Maximumprinzipien vom Pontryagin-Typus bewiesen. Die Kernidee zum Beweis dieser Resultate bildet die Trennung konvexer Mengen. Konkret untersuchen wir einen konvexen und abgeschlossenen Variationskegel, welcher nicht den gesamten Hilbertraum aufspannt. Der Trennungssatz von Hahn-Banach liefert neben den Kernbedingungen des Maximumprinzips - kanonische Gleichung, Maximumbedingung - auch die explizite Existenz einer Adjungierten, welche der natürlichen Transversalitätsbedingung genügt. Zur Konstruktion des Variationskegels werden entsprechend der beiden studierten Optimalitätskriterien zwei unterschiedliche Arten der Variation verwendet. Zum einen wird eine auf Euler zurückgehende Variationsidee benutzt, zum anderen ein Ansatz, der auf Weierstraß zurückzuführen ist.
Ein Vergleich der hergeleiteten Maximumprinzipien mündet in einer geeigneten Formulierung einer Variation im gewichteten Hilbertraum. Gleichzeitig zeigen sich natürliche Barrieren der konvexen Analysis auf. So können mit der in dieser Arbeit präsentierten Beweistechnik lediglich Aufgaben untersucht werden, welche eine bezüglich der Steuerung affin-lineare Dynamik besitzen.
Violent chronic conflicts, uprooting, and the continuous massive (re)generation of displacement waves constitute the main elements of the Kurds’ history within nation-states’ (changing) geographies. Today, Kurdish-inhabited territories represent palimpsests of involuntary dislocations and relocation stories, constantly (re)written by refuge-seeking/ granting (spatial) practices. Since 2011, contemporary uprisings and wars in Syria and Iraq have inscribed the Kurdistan Region of Iraq (KR-I) territories with a new layer of displacement stories. These territories acted as frontline receptors for consecutive Syrian refugees and Iraqi internally displaced waves seeking protection. Displacees found refuge in the rural, urban and newly set humanitarian camps’ spaces; hence, they (temporarily) anchored and carved some sort of a presence within their receiving sites. The rationale behind such receiving sites' emergence, use and progression in the KR-I have historically oscillated between modernization, discipline, development and humanitarianism.
Guided by the urbanism lens, this research aims to narrate the KR-I’s forced displacement territorial biography of involuntary dislocated and (re)located Kurds. This narration chronologically traces these groups' newly (re)shaped receiving sites and how refuge-seeking/granting practices aggregated and (re) articulated the KR-I’s territories. It investigates the ways in which these receiving sites act as seeds of emerging urbanities in such a politically contested region. On the one hand, the research zooms out and repositions these sites' emergence and spatial progression within a broader geopolitical context, socioeconomic conditionalities, uses and meaning subversions due to the ever-changing actors. On the other hand, it zooms closely into the newly set Syrian-Kurdish refugee camps in the KR-I within and beyond predefined (nation-state) belongings in their ever-distorted time-space frames. It securitizes on the ways in which these sites are conceived and inhabited to (re)claim rights “to” and “in” space, territory, history and future. Between the large and small pictures, the research investigates the human and the non-human spatial agency that (re)patches these ruptured Kurds' collective memories and contemporary narratives of where, when, what and with whom (a future) home rests.
This study is an urgent call for the international and local constellation of actors to critically rethink their standardized ready-made solutions and piece-meal spatial interventions in geographies associated with chronic crisis, ever (re)branded under emergency, development and peace ‘help’ banners. It sets the basis for rearticulating and developing further research-based interventions that account for exhausted conflict-ridden (infra)structures, political sensitivities, socio-economic situations and environmental impacts.
In dieser Bachelorarbeit wird das Problem der Auswahl von Antennenstandorten für eine maximale räumliche Abdeckung in 5G-Funknetzen untersucht. Das Hauptziel besteht darin, eine effiziente Lösung für dieses kombinatorische Optimierungsproblem zu finden, indem es als Partial Set Covering Problem formuliert und gelöst wird. Die Arbeit gliedert sich in zwei Teile: Der erste Teil bietet eine Einführung in die mathematischen Grundlagen des Partial Set Covering Problems, einschließlich Definitionen, Formulierung und Lösungsverfahren. Im zweiten Teil wird ein praktischer Ansatz zur Lösung dieses Problems präsentiert, wobei realen Instanzen für die Auswahl von Antennenstandorten analysiert werden. Hierbei werden zwei Hauptfragen untersucht: 1) Wie kann die gegebene Instanz in ein Partial Set Covering Problem umformuliert werden? 2) Wie kann dieses Problem mithilfe eines heuristischen Verfahrens, insbesondere des Simulated-Annealing-Algorithmus, gelöst werden? Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen dazu bei, fundierte Entscheidungen über den Aufbau von 5G-Netzen zu treffen und die Netzwerkabdeckung unter Berücksichtigung von Nebenbedingungen zu maximieren.
The main subject of this work was the investigation of sintering behavior, microstructure, mechanical properties and biocompatibility of metal injection moulded (MIM) Ti-Nb alloys for biomedical applications. Commercially pure titanium (CP-Ti) samples were also fabricated by MIM as a reference. The sintering behavior of MIM Ti-Nb alloys was studied at first, in order to roughly determine the sintering parameters in the following investigations. Dilatometry was applied to investigate the linear shrinkage of MIM Ti-Nb samples from room temperature to 1500 °C at a heating rate of 3 °C/min under argon atmosphere. Various sintering parameters and Nb contents were used to investigate their influences on microstructure and mechanical properties of MIM Ti-Nb alloys by means of density measurements, optical microscopy (OM), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and mechanical testing. Transmission electron microscopy (TEM) and high energy X-ray diffraction (HEXRD) measurement were applied to investigate the nature and precipitation of the unexpected titanium carbide precipitates in MIM Ti-Nb alloys. Initial cell adhesion and cell proliferation assays of human umbilical cord perivascular cells (HUCPV) on MIM Ti-Nb alloys were performed for biocompatibility characterization. The results of this work show that MIM Ti-Nb and MIM CP-Ti samples have been successfully fabricated and the as-sintered samples show good shape retention without distortion compared to the green sample. The sintering process of MIM Ti-Nb alloys consists of three main steps – Ti-diffusion step, Ti-Nb-diffusion step and Matrix-diffusion step. With increasing sintering temperatures and time, MIM Ti-Nb alloys exhibit lower porosity and higher Young’s modulus. A higher Nb content in MIM Ti-Nb alloys leads to an increase of carbide area fraction and porosity. The three factors – Nb content, carbide area fraction and porosity – determine the mechanical properties of MIM Ti-Nb alloys. An increase of Nb content and amount of carbides as well as a lowered porosity lead to a higher tensile strength. A decrease of Young’s modulus can be expected with higher Nb content and porosity. A high amount of titanium carbides can result in very poor ductility, but annealing and quenching process can significantly improve the elongation by dissolving the carbides. MIM Ti-Nb alloys exhibit good biocompatibility, indicating their potential for implant applications.
The accelerated urbanization has led to increasing tension on urban land use. In this context, more and more slender high-rise buildings are being built worldwide in pursuit of better economic benefits. However, these structures are susceptible to wind excitation due to their lower first natural frequency. Different passive, semi-active, and active damping systems have been developed to reduce wind-induced structural vibration. Among them, the tuned mass dampers are widely used and proved as a very effective method in practice. However, this system requires a large additional damping mass. This also causes additional reinforcement, which increases the cost and carbon footprint. A huge space near the top story of the building is needed for the installation. In this research, a novel system named distributed-Multiple Tuned Facade Damping (d-MTFD) system is proposed by using specially designed parallel moveable Double-Skin Facade (DSF) outer skin as damping mass. These moveable facade elements can be installed on the upper stories of the high-rise building. Smooth-running guide rail systems are used to achieve the parallel moveability. Multi-objective optimization based on the Genetic Algorithm (GA) is applied to reduce the maximum top floor acceleration (Objective I) and to reduce the maximum facade relative displacement (Objective II) simultaneously. The optimization results for the passive and semi-active systems are presented in the form of the Pareto front. The trade-off between these selected two competing optimization objectives is observed. This approach was first validated in a simulation using a 306 m tall reference building for a wind speed of 13.5 m/s at 10 m above ground level with a return period of 10 years. Acceptable peak accelerations at the top story for hotel use and a maximum facade relative displacement of less than ±0.5 m could be achieved for the benchmark building with the d-MTFD system. For semi-active control, the variable damping coefficient can be achieved by using stepper motors in generator mode. The electrical damping coefficient can be continuously adjusted by the developed power electronics. In addition, electrical energy can be generated and stored in a battery. A full-scale prototype with one parallel moveable facade element was built. Based on the prototype, the functionality of the semi-active control using a stepper motor and its energy harvesting performance was tested by applying Hardware-in-the-Loop (HiL) simulations. Greybox system identification was used to estimate some parameters (spring stiffness, friction, etc.) in the connection. The accurate system identification results ensure further validation using HiL simulations. The HiL simulations successfully demonstrated the feasibility of a self-powered semi-active d-MTFD system.
Titanium and its alloys have been widely used as implant biomaterials due to their suitable combination of mechanical properties and biological compatibilities. At present, about 70-80% of implants are made of metallic biomaterials. Compared with magnesium alloys, stainless steel and cobalt alloys, titanium alloys have a higher specific strength, high corrosion resistance, and excellent biocompatibility. With research, Ti-Nb biomedical titanium alloys have been constantly developed. In the Ti-Nb alloy, the amount of Nb is usually from 16% to 42% (wt.%) which is about 10% to 30% (at.%). As reported, Mn as a trace element to the human body has the potential to be used in bio-materials. Therefore, this study aims at the partial replacement of Nb by Mn to reduce the costs, without deteriorating the mechanical properties. Moreover, it must be ensured good biocompatibility and corrosion resistance. This is the first investigated on Ti-Mn-Nb ternary alloys.
In this work, According to β single-phase field, Ti-xMn-yNb (x=4, 10, 16; y=2, 8, 14, at.%) alloys (arc-melted) have been fabricated. The Ti-Mn-Nb alloys are investigated by optical microscopy (OM), X-ray diffraction (XRD), hardness test, transmission electron microscopy (TEM) and mechanical testing. By screening study on alloy, Ti-10Mn-14Nb (at.%) (Ti-10Mn-23.7Nb (wt.%)) is the optimal alloy with tensile strength (760 MPa) and elongation (10.5%). After that, the Metal Injection Moulding (MIM) is used to prepare Ti-Mn-Nb alloys. The MIM method can greatly reduce the processing cost. MIM Ti-xMn-yNb (x=3, 4, 6; y=1, 2, 4, at.%), Ti-4Mn-14Nb and Ti-10Mn-14Nb alloys are fabricated. Among them, a very good combination of mechanical properties is achieved for MIM processed Ti-4Mn-2Nb (at.%) (Ti-4.5Mn-3.8Nb (wt.%)), namely a YS of 642 MPa, UTS of 725 MPa and high ductility of 16% elongation to fracture. With further investigations, when the yttrium content is 0.1% (at.%), the tensile strength of Ti-4Mn-2Nb-0.1Y (at.%) (Ti-4.5Mn-3.8Nb-0.18Y (wt.%)) is increased to 785 MPa while elongation of 12.9%. These mechanical properties already exceed Ti-6Al-4V (ASTM F2885 Grade 5 undensified).
In the in vitro evaluation, in comparison with MIM pure titanium, human osteoblasts MG63 adhered as well and proliferated on the surface of MIM Ti-Mn-Nb specimens. In the supernatant after cell culture, the Ti-Mn-Nb alloy shows similar osmolality and pH value results as MIM pure titanium. By LDH assay and DNA isolation, the MIM Ti-Mn-Nb alloys are not found to be toxic to MG63 cells.
In the study of corrosion resistance in Hanks’ balanced salt solution (HBSS) at 37 °C, the corrosion current densities as well as the impedance of MIM Ti-Mn-Nb alloys are all better than those of MIM pure titanium and even better than those of MIM Ti-6Al-4V alloy.
In der Arbeit wird die Neue Direkte Spannungsregelung von dezentralen Erzeugungsanlagen in der PowerFactory Simulationsumgebung von der DIgSILENT GmbH implementiert und das Stabilitätsverhalten dieser Anlagen in Verteilernetzen untersucht. Die Herleitung der mathematischen Modelle erfolgt im Laplace-Bereich und gibt die Möglichkeit her, neben ihrem Einsatz in Netzberechnungssoftware, die Auslegung und Optimierung der Regelung des gesamten Netzmodells zu berechnen. Die Ableitung der Regelungsmodelle der Wind-, Solar und statischen Generator-Anlagen erfolgt dabei in der Raumzeigerdarstellung im dq-Koordinatensystem. Mit Hilfe der Raumzeigerrechnung können elektrische Größen in Drehstromverbrauchern schnell berechnet und anschaulich im stationären Zustand als Gleichgrößen dargestellt werden.
Der erste Teil der Arbeit behandelt die Auswahl der Netztopologie und Netzmodelle in der Power Factory Simulationsumgebung. Die ausgewählten Benchmark-Modelle sind synthetische 110-kV-Verteilernetze, die vorgelagerte Höchst- und nachgelagerte Mittelspannungsnetzmodelle beinhalten.
Im zweiten Teil wird die Neue Direkte Spannungsregelung der dezentralen Erzeugungsanlagen implementiert. Die Regler werden unter Verwendung geeigneter Auslegungsverfahren, wie dem Betragsoptimum, hinsichtlich des dynamischen Führungsverhaltens eingestellt.
Im dritten Teil wird ein worstcase betrachtet. Hier geht es um ein simuliertes Splitting-System Szenario. Ein großer Teil des Verteilernetzes trennt sich und bildet ein Inselnetzwerk. Das dabei entstehende Leistungsungleichgewicht, ein Sprung von ungefähr 5 bis 10 GW, soll durch die Spannungsregelung ausgeglichen werden.
The search for textual information, e.g., in the form of webpages, is a typical task in modern business and private life. From a user's point of view, the commonly used systems have matured and established common interaction design patterns such as the textual input box that starts virtually every directed search process.
In comparison, the search for multimedia documents (e.g., images or videos) is still in its early years. In other words, a pre-dominant search strategy has not yet evolved. That is, directed and exploratory search approaches fight for user acceptance.
One further discriminative factor of multimedia information retrieval (MMIR) from traditional text-based information retrieval (IR) is that multimedia documents are not necessarily stored with the help of the same data access paradigm.
From a technical point of view, the use of different data access paradigms complicates the retrieval from such collections because the utilized retrieval model has to support these paradigms.
As a consequence, the main challenges in MMIR - the retrieval engine and the user interaction -- have to be addressed in a holistic way. A holistic theoretic perspective on MMIR/IR research is taken by principle of polyrepresentation (PoP), which forms one half of the theoretic background of this dissertation aiming at the development of a preference-based approach to interactive MMIR. Roughly speaking, the PoP theorizes that representations describing a document are based on various cognitive processes dealing with it, e.g., a title, its color or shape features, its creator, or its date of creation. This multitude of representations can be fused to form a conjunctive cognitive overlap (CO) in which highly relevant documents are likely to be contained. This explicit recommendation discriminates the PoP from typical feature fusion approaches often used in MMIR.
However, the PoP does not answer how a retrieval model has to be implemented in a technical sense which is of interest in the field of computer science. One possibility to implement the PoP are quantum mechanics-inspired IR models such as the commuting quantum query language (CQQL) which is used in this thesis.
CQQL is particularly interesting because it integrates data access paradigms used in the fields of DB and IR. In order to respect the dynamic nature of the search process and information need (IN), CQQL allows the personalization of retrieval results using a preference-based relevance feedback (RF) approach called PrefCQQL, which relies on machine-based learning.
Unique features of the PrefCQQL approach range from the support of negative query-by-example (QBE) documents at query formulation time as well as during the interactive retrieval process to the formulation of weak preferences between result documents to express gradual levels of relevance. In addition, inductive preferences can be used from query formulation time onward to learn new CQQL queries.
In order to evaluate the presented polyrepresentative PrefCQQL approach, two kinds of experiments are conducted: a Cranfield-inspired evaluation of CQQL/PrefCQQL's retrieval effectiveness, which is extended by the utilization of user simulations to better fit the requirements of the evaluation of an adaptive IR system, and a usability study that examines three alternative MMIR system UI prototypes. In order to increase the reproducibility and confirmability of the experiments, the source code to all used programs is made available as a supplement to this dissertation.
The mentioned experiments aim at answering two central questions: first, whether the hypotheses of the PoP can be verified in MMIR, and second, whether a usable interactive MMIR system can be built on the basis of the PoP and PrefCQQL?
To answer the first question, different matching functions that partly follow the recommendations of the PoP are evaluated with six different test collections in both an non-interactive and interactive QBE scenario. The results of this experiment are ambivalent.
In non-interactive MMIR, the experimental data does not provide sufficient justification for the statement that PoP-based matching functions will always surpass single features or other matching functions. For instance, the arithmetic mean, which calculates the average similarity between a query's representations and the documents' representations in the collection, surpasses the conjunction and hence the CO of multiple representations in terms of retrieval effectiveness. Nevertheless, the matching function following the PoP is effectiveness stabler than the best performing single representations per collection. Hence, the CO's retrieval performance is more reliable than the usage of single representations.
In contrast, the predictions of the PoP can be verified in the investigated PrefCQQL-based interactive MMIR scenario. However, it is important to note that also the number of available representations has an impact on the retrieval outcome. That is, if too few representations are present in a matching function, the corresponding IN model in PrefCQQL obviously becomes subject to underfitting eventually lowering its retrieval effectiveness. Unfortunately, when the point of sufficient representations to support PrefCQQL is reached could not be revealed in this dissertation.
The second question is answered with the help of a prototypical MMIR system: the Pythia system, which serves both as proof of concept of the CQQL and the PrefCQQL approach. Furthermore, the system supports different information seeking strategies and a seamless transition between them in order to support users with different kinds of IN.
Agentenbasierte Modellierung und Simulation der Rettungskette : eine Fallstudie in der Lausitz
(2022)
Ein funktionierender Rettungsdienst ist für die Gesellschaft von zentraler Bedeutung, da in medizinischen Notsituationen die Gesundheit eines Verunfallten von der Qualität der praäklinischen medizinischen Versorgung abhängt. Dabei steht man vor immer neuen Herausforderungen des sozioökonomischen Wandels und technischen Fortschritts, die neue Ansätze zur Systemoptimierung erfordern. Diese Arbeit beinhaltet eine Literaturübersicht über Planungsprobleme, sowie eine Klassifizierung von Emergency Medical Service (EMS) Systemen. Ein agentenbasiertes Simulationsmodell für ein notarztbasiertes EMS-System wird vorgestellt und auf die Rettungskette eines städtischen Gebietes Cottbus, Brandenburg, Deutschland angewandt. Die Parametrisierung des Modells erfolgt durch zugrundeliegende Einsatzdaten, dabei wird ein Geoinformationssystem (GIS) genutzt, Notrufe über die Bevölkerungsdichte mit einer zeitabhängigen Rate generiert und statistische Kenngrößen des Systems ausgewertet. Das in AnyLogic implementierte Simulationsmodell enthält eine graphische Nutzeroberfläche, in der Einsatzdetails und Statistiken als Grundlage für Anwendungen in der Praxis angezeigt werden.
Das BULE+/BMEL-Forschungsprojekt DigPion analysiert die Netzwerke und Kooperationsstrategien digitaler Vordenkerinnen und Vordenker im ländlichen Raum. Dazu wurden digitale Pionierinnen und Pioniere mit IKT-Kenntnissen in den Fallregionen Mecklenburg-Vorpommern und Baden-Württemberg identifiziert, die soziale Innovationen und regionale Entwicklung in ländlichen Regionen vorantreiben. Die Broschüre umfasst Handlungsempfehlungen für die regionale Governance, um eine nachhaltige räumliche Entwicklung in ländlichen Regionen zu fördern.
Bored children begin to draw, do crafts, to fidget - or they do something bad. Others fall silent, withdraw, or become lethargic. Research on school-related boredom has focused primarily on the negative consequences of boredom, such as decreased cognitive performance, motivation or attentativeness, or disruptiveness. These negative aspects of boredom can be contrasted by the notion that boredom can promote creative performance. This paper reflects on boredom's creative and suppressive consequences as an interplay of personality traits and behavioral possibilities in school situations, on the one hand, and as an interplay of situational experiences with constituent developmental processes on the other. It is proposed that boredom is a gauge of the learner's resonance with school content, learning and/or developmental relationships. Boredom indicates a psychological need and its desideratum. Thus, both creative and suppressive potentials are inherent in boredom.
During the last years, the asynchronous design style has been rediscovered as a potential solution to upcoming design issues in deep-submicron technologies. However, besides the lack of commercial tools supporting this design style, one major challenge is the test of asynchronous designs. Especially their event-driven behavior leads to problems during test. Basically, the timing of asynchronous circuits is determined by gate and wire delays that are sensitive to variations of environmental parameters (process, voltage and temperature). This leads to uncertainties in the timing of the responses. Consequently, standard commercial test systems cannot be used, because such systems read the responses at specific cycles and, therefore, could reject fault-free devices. Furthermore, available hardware testers are, in principle, not designed to react to signal events from the design-under-test as it is necessary to establish asynchronous communication via handshake signalling. As a result, even simple functional tests that only apply stimuli and read the responses of the design-under-test cannot be realized without preparatory measures. This work addresses these issues and proposes a concept to enable functional tests of asynchronous designs. The concept is based on a special test processor that provides generic interfaces used to establish asynchronous handshake communication with a device-under-test. By this, elastic functional tests can be realized that overcome the static timing of conventional tests and emulate the real operating environment of the design. Apart from the generic test processor architecture, an essential part of the concept deals with the establishment of the processor as a stand alone or embedded test equipment. A workflow is provided that describes how the device-under-test can be embedded into the test processor environment for performing the tests. Besides the interconnection between the asynchronous design and the test processor, this especially includes the generation of programs that realize the functional tests of the design. A methodology is introduced that generates the desired programs for the processor from a standard functional simulation of the design-under-test. Based on the generic concept, a framework including both a test processor implementation and the realization of the program generation is delivered. In order to evaluate the entire concept, this framework has been applied to functionally test an asynchronous arithmetic-logic-unit. In combination with additional experiments, conducted to determine the required resources, it has been shown that the introduced concept is a suitable approach to test asynchronous designs.
Planning the construction of new transport routes or power lines on terrain is usually carried out manually by engineers, with no guarantee of optimality. We introduce a new approach for the computation of an optimal trajectory for the construction of new transit routes and power lines between two locations on a submanifold U _ R3 representing the topography of a terrain. U is approximatively modeled by a special weighted grid. On this grid, the shortest paths for the construction of new routes are determined, whereby we consider three optimization criteria: routes with minimum distance, routes with lowest construction costs and routes with minimum absolute altitude variations or minimum absolute gradients. Subsequently, a combination of these criteria is used to expand this problem into a multi-criteria optimization problem. A shortest path algorithm, such as the Dijkstra algorithm, is used to compute optimal compromises for the construction of new routes.
Die Konstruktionsplanung von neuen Transitrouten oder Energieleitungen auf einem topografischen Gelände wird von Ingenieuren in der Regel manuell vorgenommen, ohne dass eine Optimalität garantiert werden kann. Wir stellen einen neuen Ansatz zur Berechnung von Trajektorien für die Entwicklung neuer optimaler Transitrouten und Energieleitungen zwischen zwei Standorten auf einer Untermannigfaltigkeit U von IR³ vor. Diese Untermannigfaltigkeit repräsentiert die Topographie eines Geländes. U wird näherungsweise durch ein spezielles gewichtetes Gitternetz modelliert. Auf diesem Gitternetz werden die kürzesten Wege für den Bau neuer Routen bestimmt, wobei wir drei Optimierungskriterien betrachten werden: Routen mit minimaler Länge, Routen mit geringsten Baukosten und Routen mit minimalen absoluten Höhenvariationen oder minimalen absoluten Steigungen. Anschließend wird eine Kombination dieser Kriterien gebildet, um dieses Problem zu einem multikriteriellen Optimierungsproblem zu erweitern. Ein Algorithmus für den kürzesten Weg, wie der Dijkstra-Algorithmus, wird verwendet, um optimale Kompromisse für die Konstruktion neuer Routen zu berechnen.
The GeoFlow (Geophysical Flow) experiment on the International Space Station (ISS) and the AtmoFlow (Atmospherical Flow) experiment are designed to study convective processes under microgravity conditions in the spherical gap geometry. By applying a high voltage field between two concentric spherical shells and utilizing a dielectric working fluid it is possible to maintain an artificial radial force field that is comparable to a planetary gravitational field. This makes it possible to study convection such as known from the Earth's outer core, the Earth's mantle, or planetary atmospheres. The radial force field is based on the dielectrophoretic effect and is described by thermo-electro hydrodynamics (TEHD). This habilitation thesis presents a comprehensive view on modeling TEHD and the numerical simulation of the governing equations with a focus on GeoFlow and AtmoFlow. The GeoFlow experiment investigated thermal convection with and without dielectric (internal) heating under long-time micro-gravity conditions on the ISS. This unique experimental setup consisted of a bottom heated and top cooled spherical gap, filled with the silicon oil M5 or 1-Nonanol. Rotation, varying voltage, and temperature differences across the gap could be applied, to spread the experimental parameter space. The main focus of GeoFlow was the investigation of flow properties such as the convective onset, the transition from laminar to turbulent flows, and the influence of rotation on convection. Experimental outcomes were compared with theoretical and numerical results via advanced post-processing techniques. This includes pattern recognition algorithms and statistical evaluation of the numerical simulations. The TEHD model was validated on the onset of convection through linear stability analysis, on properties of columnar cells and global convective structures such as regular laminar flows. It is shown that TEHD based convection is comparable with Rayleigh-Benard convection and that is can be described by the quasi-normal approximation. For rotating cases and low super-criticalities the Proudman-Taylor theorem dominated the fluid flow which resulted in global columnar cells. In summary, the presented TEHD model is able to explain certain aspects of convective flows observed in GeoFlow. It is the first validation for such a model at all stages. The AtmoFlow experiment is based on GeoFlow but is designed to investigate global cells and planetary waves which are known from planetary atmospheres. Its unique feature are the atmospheric-like boundary conditions. Understanding the interaction between atmospheric circulation and a planet's climate, be it Earth, Mars, Jupiter, or a distant exoplanet, contributes to various fields of research such as astrophysics, geophysics, fluid physics, and climatology. AtmoFlow is currently under construction and is planned for operation on the ISS in 2024.
The dissertation at hand employs the concept of Historic Urban Landscape (HUL) for understanding the process of urban change and continuity within the context of the historic city of Isfahan and further investigates its application as an analytic tool for guiding urban conservation and development procedures. With regard to the inefficiency of urban conservation approaches in Isfahan during the last three decades, this study aims at identifying context-based problems and potentials that would lead to conceptualising a new framework. Therefore, drawing on the 2011 UNESCO Recommendation, the notion of HUL is hereby explored and a preliminary framework is provided for analysing the urban intervention cases within the historic core of Isfahan.
Durch die schnell steigende Durchdringung von innerstädtischen Photovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen in den Niederspannungsnetzen wird die zukünftige Versorgungsinfrastruktur herausgefordert. Die Schwerpunkte der Netzauswirkungen werden auf das Spannungsband und die tolerierte Netzbelastung der untersuchten Netze fokussiert. Das Ziel dieser Dissertation ist es, die zulässig installierbare Photovoltaikleistung in den Wohnsiedlungen zu ermitteln und die möglichen Lösungen zur Vermeidung des notwendigen Netzausbaues zu entwickeln. Zunächst wurde eine Untersuchung zur Ermittlung des Photovoltaikpotenzials in der Stadt Cottbus mit ca. 100.000 Einwohnern durchgeführt. Insgesamt ist ca. 250 MWp Photovoltaikleistung theoretisch installierbar. Dies kann zu einer maximalen Summeneinspeiseleistung von 200 MW führen, welche die derzeitige Lastspitze in Cottbus weit überschreiten würde. Zur Ermittlung der Netzauswirkungen auf die Niederspannungsnetze bei hoher Penetration von Photovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen wurden die folgenden drei Modelle erstellt: Das Photovoltaikeinspeisemodell basiert auf der gemessenen Globalstrahlung mit realen Zeitreihen in Cottbus. Zur Modellierung der Lastgänge von Haushalten wird das Standardlastprofil zur Verfügung gestellt. Die zusätzlichen Ladelastgänge von Elektrofahrzeugen werden den derartigen Lastgängen von Haushalten überlagert. Die Netzstruktur wurde für Ein- und Zweifamilienhaussiedlungen und Mehrfamilienhaussiedlungen modelliert. Die Simulationen wurden in der Netzberechnungssoftware ELEKTRA durchgeführt. Es ist festzuhalten, dass die installierbare Photovoltaikleistung in den Ein- und Zweifamilienhaussiedlungen beschränkt werden muss. Durch eine induktive Blindleistungsbereitstellung kann die zulässige Leistung erhöht werden. In den Mehrfamilienhaussiedlungen ist eine komplette Ausnutzung der Dachfläche mit Photovoltaikanlagen möglich. Zum Schluss wurden zwei Varianten durch Einsatz der Speichersysteme zur besseren Integration der Photovoltaikanlagen entwickelt und dann anhand eines Beispielnetzes demonstriert.
Participatory management of community-based ecotourism at Jiuzhaigou National Nature Reserve, China
(2019)
Community-based ecotourism (CBET) is promoted in protected areas of developing countries as a strategy for biodiversity conservation and poverty alleviation. The success of CBET initiatives relies on effective participatory management programs that can build up collaborative relationships between key stakeholders – protected area administrative staff and local communities – and foster community empowerment. The performance of CBET participatory management programs, relationships between administrative staff and local community, and the level of community empowerment were previously assessed from the perspective of local communities. This study addresses both the perspectives of local community members and administrative staff, through an interview survey in Jiuzhaigou National Nature Reserve, China. This reserve is a key protected area for the conservation of giant panda and other endangered species in China, and is therefore of high priority for the national biodiversity strategy. Both qualitative and quantitative approaches were used to survey 200 local Tibetan villagers and 80 administrative staff members. The results indicate that both staff members and locals support the existing participatory management program - ecotourism development plan (EDP), but locals criticized the sustainable management policy (SMP). Younger, better educated and higher income interviewees were generally most supportive of the EDP and SMP. The relationship between staff members and locals was expressed as problematic with a lack of trust being mentioned as a key issue. The local community is empowered to some extent in economic and environmental dimensions, but not in social, psychological and political dimensions. The CBET generates economic income, but creates problems like inequality of benefit distribution, insufficient social infrastructure, loss of cultural identity, ecological degradation and participation as tokenism. Key factors that hinder the success of CBET from protected area governance and management aspects are a prevalent top-down approach, a mixture of property and operation rights, single sources of funding creating dependencies, a lack of efficient administrative structure and management capacity, and a lack of capacity building programs for the local community. This thesis provides empirical evidence for issues and limitations of policy implications under CBET participatory management programs in a protected area and offers recommendations on how to improve programs in the future.
This thesis focuses on the investigation and characterization of the surfaces and interfaces of chalcopyrite-based Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) thin film solar cells using various x-ray and electron spectroscopies. In particular, the impact of alkali post deposition treatments (PDT) on the chemical and electronic surface and interface structure of CdS/CIGSe absorbers is studied.
The structure of “real world” CdS/CIGSe interfaces and how they are impacted by different alkali PDTs was investigated by a combination of different x-ray spectroscopies. The interface formation is characterized by studying sample sets with different CdS thicknesses. The chemical environment for indium and cadmium is revealed by deriving the modified Auger parameter α'(In) and α'(Cd) using the kinetic energy of most prominent Auger line together with the binding energy of the chosen core level. A more complex situation is found for CdS/CIGSe samples that underwent NaF+KF PDT, where a K-In-Se compound is initially present on top of the chalcopyrite absorber. The conversion of the K-In-Se type species into a Cd-In-(O,OH,S,Se) interface compound is recorded at short CBD-CdS deposition times. It appears the majority of K that is present at the surface of the NaF+KF PDT CIGSe absorber is dissolved in the CBD and partially re-deposited as K-O type species. The Cd/S ratio clearly deviates from the stoichiometry expected for CdS, and a Cd(O,OH,S)-like compound is likely formed. The electronic structure of CdS/CIGSe interface is similarly more complex for the NaF+KF PDT compared to the NaF PDT case, where only Cd(O,OH,S) buffer was formed.
In an attempt to shed more light into this complex situation, the impact of evaporated alkali metals (K, Rb, Cs) on the surface structure of CIGSe was studied in-system by synchrotron-based hard x- ray photoelectron spectroscopy (HAXPES), aiming at understanding the underlying mechanism of the interfacial effect of alkalis on the performance of CIGSe devices. In the case of K deposition, two K species are observed by x-ray absorption near-edge structure (XANES) and HAXPES, one of which species disappears at high annealing temperature. Furthermore, three new In contributions (In-O and K-In-Se, metallic In species) can be observed after K evaporation. The evolution of chemical contribution supports the formation of a K-In-Se and Cu-poor CIGSe (1:3:5) bilayer structure that is similar to what was reported for “real world” NaF+KF PDTs. Deposition of heavy alkali metals (Rb, Cs) induced the formation of alkali selenide phases after alkali evaporation and during low temperature annealing. Similar chemical changes as seen for the K composition (i.e. presence of metallic In, In-O, and alkali-O) are observed. However, detailed analysis of the Alk/Se ratio and composition provide direct evidence for the formation of a Alk-(In)-Se and (Cu,Alk)(In, Ga)Se2 bilayer.
The insights from these studies promise to provide crucial aid to fully exploit alkali pre-treatments in scientific and industrial CIGSe production, and will deliberate use of this means of surface/interface tailoring to push efficiencies even further.
This work is devoted to the problem of liquidity that draws a lot of attention after the global financial crisis. We consider an optimization problem for a portfolio with an illiquid, a risky and a riskless liquid asset. We work in Merton’s optimal consumption framework with continuous time. The liquid part of the investment is described by a standard Black-Scholes market. The illiquid asset is sold at an exogenous random moment with prescribed distribution and generates additional liquid wealth dependent on its paper value. We show that one can consider a problem with infinite time horizon and special weight function that is characterized by the probability distribution of the liquidation time instead of a problem with an exogenous random liquidation time. Using the viscosity solution techniques, developed for the problem of optimization in presence of a random income, we prove the existence and uniqueness of the solution for the considered problem with logarithmic utility and modest restrictions on the liquidation time distribution. We find asymptotic bounds for the value function when liquidation time has exponential or Weibull distribution. We find optimal policies in a feedback form and illustrate how they differ from classical Merton’s policies. Through a Lie group analysis we find the admitted Lie algebra for a problem with general liquidation time distribution in cases of HARA and log utility functions and formulate corresponding theorems for all these cases. Using these Lie algebras we obtain reduced equations of the lower dimension for the studied three dimensional partial differential equations. Several of similar substitutions were used in other works before, whereas others are new to our knowledge. The applied method of Lie group analysis gives us the possibility to provide a complete set of non-equivalent substitutions and reduced equations that was not provided for the problem of such type so far. Further research of these equations with numerical and quantitative methods is expected to benefit from such analysis.
As the current literature on public space shows, the significant role of public space in enhancing social sustainability is justified – at least theoretically (Yadollahi, 2015). Nevertheless, in empirical research and practice, a more comprehensive methodological framework is required, which takes into account the complexities of local understandings of public space and social sustainability. This paper is a contribution to the development of such a framework.
In this paper, through a literature review, I clarify the meaning of public space and reflect on theoretical approaches to and methods of assessing the ability of historic public spaces to enhance social sustainability. I explain how the definition of public space and approaches to urban planning share concepts with social sustainability.
Finally, reflecting on examples of empirical research that attempt to
link physical and social components of public spaces, I point out the
methodological strengths and weaknesses in the field.
The main focus of this dissertation is the critical investigation of the bazaars in the commercial cities of Iran. This work deals with the challenges that the bazaars in Iran have been exposed to over the past century in economic, political and social terms. The work explains how an Iranian bazaar is structured and functions as a public space in a modern city. The methodology of this research is designed based on a qualitative approach, with a single case-study strategy. A combination of literature review and spatial ethnographic research techniques are used for data collection. To understand the bazaar as a public place, its cultural, legal, physical and functional dimensions are documented and mapped. This mapping method with the ultimate aim of re-integrating the bazaar with the modern city is the core of this dissertation.
Today, urban conservation scholarship calls for case studies that problematise universal conservation principles in local planning circumstances, particularly in countries from which modern conservation has not originated. In this series of workshops, we discuss singularities of urban conservation and the protection of historic urban areas with local experts who have been directly involved in processes of putting conservation policy documents into practice. We discuss how the planned goals of conservation projects are influenced by unplanned factors such as war, economic and political instability, inter-organisational conflicts, and natural hazards. The discussed cases represent cities with non-western cultural backgrounds that are geographically and culturally interconnected. By discussing urban conservation issues in Ankara, Baghdad, Tehran, Shiraz, Yazd, Kerman, Herat, and Mumbai, we aim to reflect on the functionality of mainstream conservation approaches in local conditions. The speakers share their local insight into obstacles of realising the international conservation models under rapidly changing natural and socio-political conditions. The workshops' moderators are outstanding young academics who have a deep understanding of the discussed issues and have co-planned the sessions with the speakers. This series of events is cooperatively organised by the Chair Urban Management and the DFG Training Group 1913, "Cultural and Technological Significance of Historic Buildings" in the framework of the DFG project, Assembling Iran's Urban Heritage Conservation Policy and Practice: Problematised in Tehran.
The material authenticity of cultural heritage has been questioned by societies in which the modern paradigm of conservation has not developed from within the native culture. This paper examines the philosophical and practical traditions in Iran regarding the materiality and authenticity of past structures. By reviewing the emergence of the Western conservation paradigm in Iran, this paper highlights two key factors: the rapidness of this paradigm shift and the remarkable contradiction between the new and old paradigms. By borrowing the Deleuzo-Guattarian concept of a ‘body without organs’ (BwO), this paper problematises the rapidness and radicality of the paradigm shift in Iran. It suggests exploring the under-investigated possibilities between the pre-modern and modern paradigms to address the gap between native circumstances and Western standards.
Urban heritage planning in Tehran and beyond : sequences of disrupted spatial-discursive assemblages
(2023)
Despite the impact of ideological rigidity, the primary challenge of heritage planning in Tehran and beyond lies not in the dominance of an inflexible Authorized Heritage Discourse, but rather in the absence of stable spatial-discursive and administrative structures. Solmaz Yadollahi maps the historical trajectory of conservation and urban heritage planning in Iran, depicting a discursive-spatial assemblage that tends to knock down its accumulated resources. This is in line with Katouzian's portrayal of Iran as a pick-axe society. Residing within this society, the studied assemblage strives to deconstruct the prevailing structures and usher in a fresh one, paradoxically perpetuating the very cycle it seeks to escape.
The linear-theory assumption is a fundamental approach for the study of waves in fluids. The governing equations are linearized by assuming the perturbations are small so that the consequences of nonlinear terms are negligible. Nevertheless, if a wave approaches a critical level, in which the wave amplitude grows so as to create an instability of the background flow, the assumption of linearity may not hold any longer. In this case, the nonlinear terms are required to be taken into consideration.
In this thesis, two experimental setups have been proposed for the study of two scenarios, in which the nonlinear effects become significant and a traditional linear solution is no longer valid.
The first experiment focuses on an inertially oscillating rotating fluid. In the thesis, we present experimental results from a system that is simpler than classical precession experiments but still shows very similar wave interactions and a collapse to turbulence. This system consists of a partly filled rotating annulus that rotates about its symmetry axis slightly tilted with respect to the gravity vector.
In the experiments, we find a resonant collapse when the forcing frequency corresponds with a resonant frequency of the rotating tank. Two types of instability can be triggered: a parametric triadic instability, in which two free Kelvin modes arise and form a triad with the forced Kelvin mode, and a shear-type instability related to the nonlinearly excited geostrophic flow. The latter instability gives rise to a barotropic mode that interacts with the forced mode and generates secondary modes. We also observed dependency of the mode frequencies on the Ekman number, which can, at least partly, be explained by a Doppler shift due to the mean flow. Finally, we try to connect our data to a low-order dynamical system based on the weakly nonlinear theory that describes the main features of single triad interaction in precession experiments.
The second experiment concerns the study of undular bores (or tidal bores), in which the nonlinearity plays an important role. An experiment has been performed in which undular bores are produced in an open circular channel. More specifically, two different cases have been investigated: a single bore case with a rigid boundary setup and a bore colliding case with a periodic lateral boundary setup. Bores are generated by abruptly releasing a barrier that separates fluids with different surface levels. Up to our knowledge, this is the first experimental study of undular bores in a circular channel. For a setup without barriers, this geometry accomplishes in a natural way the periodic lateral boundary conditions, which is very often used in numerical simulations. The experimental results have been compared with the nonlinear numeric simulations and achieved an excellent agreement.
This PhD project started from one basic question: whether vacuum technology can be applied to 145kV electrical power system networks as a potential substitution to SF6 technology which has been utilised for decades of practice, due to environment and economic concerns. Possible threats and challenges, which might cause problems for the proposed replacement, are identified mainly in three areas: (1) small inductive current switching, (2) capacitive load current switching and (3) short-line fault switching. Three circuit-breaker programming models, therefore, have been developed based on statistic data provided by breaker manufactures: (1) a maximum di/dt fixed model which has been utilised for small inductive current switching tests and capacitive load current de-energising tests; (2) a dynamic di/dt model adopting from Mayr’s classic arc model for SF6 circuit-breakers which has been utilised for short-line fault tests; and (3) a current making model for capacitive load current energising tests. In a general conclusion, vacuum technology shows its superiority in most of the switching duties although in some rare cases, SF6 technology still stands a chance to break it even. But if we take the environment and economic factors into consideration, vacuum is definitely worth investigating in the future market.
The powder metallurgically produced beta titanium alloys (traditional PM beta Ti-alloys) have long been plagued by high impurities contamination. For binder-based powder technologies, they originate from the sintering atmosphere, the debinding processes and the starting powders. In general, a normal carbon residual of binder-based powder technologies is capable of incurring the formation of aligned TiCx particles along beta grain boundaries (GB-TiCx) in most classes of beta Ti-alloys. Whereas, oxygen atoms are likely to deteriorate the ductility of PM Ti alloys by promoting the formation of diverse brittle phases and/or altering the deformation modes. Such materials exhibiting rather low toughness to strain ratios are not an option for critical structural applications, where catastrophic damage is completely unacceptable.
In this study, biotolerant metastable beta Ti-20Nb-10Zr alloys, containing a certain amount of carbon, oxygen residuals originated from materials processing and consequently 0.5 vol.% in situ synthesized TiCx particles, were fabricated via metal-injection-molding (MIM). With varying yttrium (Y) addition, the effects of Y-induced oxygen scavenging, beta-grain refinement and porosity increment on tensile properties were systematically investigated. To scavenge oxygen from the beta Ti-matrix, the Y elemental powder with a maximum particle size of 15 µm (e.g. <12 µm or 1200 mesh) is more appropriate than the commonly used <45 µm (i.e. 325 mesh) sized powder or larger ones and without significant detrimental effect on the as-sintered density of beta Ti-alloys.
A novel toughening strategy was proposed by regulating TiCx precipitation evolution and resultantly adjusting particles distribution pattern. Synchrotron radiation identified that two separate TiCx precipitation-type reactions occurred at the beta phase region and the alpha/beta region. In a narrow temperature range between these two precipitation reactions, dissolution of carbides was observed just below alpha/beta transus. Y addition can postpone TiCx precipitation. On the basis of those mechanisms, adjusting TiCx particle distribution was proposed for the first time, specifically a combination of yttrium addition (Y) and carbide spheroidization reprecipitation annealing (CSRA). As a result, aligned GB-TiCx particles were adjusted to dispersed intragranular TiCx particles. An apparent toughening effect (≈ 113% increment reaching elongation = 8.3%) was achieved after TiCx redistribution, while non-optimally aligned TiCx pattern seriously limited tensile toughness of materials. Here, the mechanisms of TiCx redistribution behavior and its toughening are elucidated systematically.
Annealing-induced solid phase crystallization of In₂O₃:H leads to a significantly improved electron mobility, which is confirmed by Hall measurements. Indium hydroxide dehydroxylation occurs in In₂O₃:H during annealing, which is well responsible for the structural transformation and a high electron mobility with a decreased carrier concentration in crystallized In₂O₃:H. A significant decrease in the intensity of occupied gap states is observed in crystallized In₂O₃:H, possibly due to a decrease in carrier concentration. Doped In₂O₃ variants have been found to have a quite deeper allowed transition level below the valence-band edge than undoped In₂O₃, which in particular applies to crystallized In₂O₃:H, but most likely attributed to a change of the crystal structure upon annealing and/or a different O 2p-In 4d coupling near the VBM compared to amorphous In₂O₃:H.
To well understand the interface properties of Ag/In₂O₃:H upon annealing, a thin Ag film was grown on the In₂O₃:H substrate and annealed in vacuum up to 300 °C. During annealing, the potential Ag diffusion into the bulk In₂O₃:H and/or a change of an annealing-induced Ag topography (i.e., cluster formation) occurs, with a small Ag oxidation (i.e., Ag₂O and AgO). With Ag deposition, an initial downward band bending of (0.11±0.05) eV was present in In₂O₃:H, attributed to a Schottky contact formed at the Ag/In₂O₃:H interface. Upon annealing, the downward band bending reduces gradually, and the Schottky-barrier height at the Ag/In₂O₃:H interface also decreases.
A thickness series of the individual materials on the respective “substrate” (i.e., MnS/Si, GaN/MnS, and ZnO/GaN) was epitaxially grown on Si (100) wafer, and the interfacial chemistry and energy-level alignment at the respective interfaces are examined using photoelectron spectroscopy. At the MnS/Si interface, an interface-induced band bending (IIBB) appears in Si, which of values are found to be (0.15±0.07) and (0.23±0.07) eV for 4 and 15 nm MnS/Si stacks, respectively. The MnS/Si heterointerface shows a type-II (staggered) band lineup with a VBO of (-0.37±0.10) eV and the corresponding CBO of (2.27±0.10) eV. For the GaN/MnS interface, a significant diffusion of Mn into the GaN layer takes place during GaN deposition. In addition, an interface-induced band bending (IIBB) by ~0.30 eV is observed in MnS. The GaN/MnS interface shows a type-II (staggered) band lineup with a VBO of (1.46±0.10) eV and the corresponding CBO of (-1.09±0.10) eV. At the ZnO/GaN interface, a significant N diffusion from GaN into ZsnO takes place, i.e., Zn-N bonds, when ZnO is grown on the GaN layer. Also, an interfacial oxide (GaOx) layer was formed during ZnO deposited on GaN films. The ZnO/GaN heterointerface shows a type-II (staggered) band lineup with a VBO of (2.48±0.10) eV and the corresponding CBO of (-2.50±0.10) eV, respectively.
Die Dissertation „Hinter der Fassade – Das institutionelle System der Denkmalpflege in der DDR“ untersucht am Beispiel der thüringischen Städte Erfurt, Weimar und Eisenach das institutionelle System, in das die Denkmalpflege der DDR eingebettet war. Anhand der drei kulturgeschichtlich herausragenden Städte werden die institutionellen und denkmalpolitischen Rahmenbedingungen, sowie der Stellenwert denkmalpflegerischer Bemühungen für die Kulturpolitik untersucht. Den Schwerpunkt der Betrachtungen bildet die Zeit vom Beginn der 1960er Jahre bis zum Ende der DDR. In diesen Zeitraum fallen zum einen die Gründung einer eigenen Arbeitsstelle Erfurt des Zentralen Instituts für Denkmalpflege und zum anderen die beginnende Aufwertung der Denkmalpflege in den 1970er Jahren, deren formalen Höhepunkt das im Juli 1975 verabschiedete Denkmalpflegegesetz darstellt. Über die institutionellen Rahmenbedingungen der Denkmalpflege in Erfurt, Weimar und Eisenach hinaus fragt die Dissertation nach den Handlungsspielräumen, Grenzen sowie den Spannungsfeldern, die sich aus den verschiedenen Akteurskonstellationen auf lokaler, regionaler und überregionaler Ebene ergeben. Im Fokus der Untersuchung steht dabei nicht nur die professionalisierte Denkmalpflege, sondern auch zivilgesellschaftliches Engagement für Denkmale.
Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen sollten zeigen, ob das Verfahren der Mikrobiellen Carbonisierung ein alternatives Behandlungsverfahren zur Anhebung der Kohlenstoff- und Nährstoffgehalte von Kompost ist und sich Emissionen einsparen lassen. Hierzu wurde das Verfahren der Mikrobiellen Carbonisierung einer offenen Kompostierung in verschiedenen Versuchsreihen gegenübergestellt, in denen neben Prozessbedingungen auch die Substrateigenschaften untersucht wurden.
Die Untersuchungen zeigen, dass die Endsubstrate der Mikrobiellen Carbonisierung eine hohe Kohlenstoffeffizienz aufweisen. Die höheren Kohlenstoffgehalte der MC-Komposte im Vergleich zu konventionellen Komposten gehen mit einem höheren Wasserhaltevermögen einher, das insbesondere in niederschlagsarmen Regionen bei der Kompostanwendung vorteilhaft sein kann. In Bezug zu den übrigen Nährstoffen, konnten keine signifikant höheren Konzentrationen in den MC-Komposten im Vergleich zu den konventionell erzeugten Komposten festgestellt werden.
Darüber hinaus sollte im Rahmen der Arbeit die Frage beantwortet werden, ob mikrobiell karbonisierte Komposte gütegesichert sind und einen Beitrag zur Steigerung von Erträgen leisten können. Die Untersuchungen zeigen, dass die Schwermetallgrenzwerte insbesondere bei den MC-Komposten sowohl die Bioabfallverordnung, als auch die Düngemittel-verordnung nahezu immer einhalten. Hinsichtlich der Seuchen- und Phytohygiene sind die MC-Substrate nach einer achtwöchigen Behandlung als unbedenklich anzusehen und halten die Vorgaben der Bioabfallverordnung bezüglich der Prüfkriterien und Indikatororganismen ein. Präventiv wird jedoch eine zwölfwöchige Behandlung empfohlen, da die physikalischen Hygienisierungsfaktoren der Bioabfallverordnung, im speziellen die Temperaturführung, nicht eingehalten werden. Dies ist im Wesentlichen auf die mesophilen Prozessbedingungen bei der Mikrobiellen Carbonisierung zurückzuführen. Durch eine Sondergenehmigung des Verfahrens ist jedoch eine Marktfähigkeit gegeben.
Die durchgeführten Versuchsreihen zeigen überdies, dass die Emissionen bei der Mikrobiellen Carbonisierung im Vergleich zur offenen Kompostierung signifikant geringer sind. Dies kann auf den geringeren Mineralisierungsgrad der MC-Komposte zurückgeführt werden, da bei der Mikrobiellen Carbonisierung im Gegensatz zur Kompostierung keine aktive Belüftung oder mechanische Umsetzung der Substrate stattfindet.
Des Weiteren ist der technische und apparative Aufwand bei der Mikrobiellen Carbonisierung geringer als bei der offenen Kompostierung. Dies führt dazu, dass die Mikrobielle Carbonisierung in ökonomischen Aspekten anderen am Markt verfügbaren Technologien überlegen ist.
Environmental consciousness of the modern society has projected recycling into the limelight as it has considerable potential for saving the earth’s limited resources, and potential offers opportunities for reducing environmental pollution. This dissertation presents a methodology developed for assessing the recycling-orientation of products in product design and a tool for carrying out the assessment. The design criteria for the recycling-orientation of products are formulated by investigating and analysing relevant product design constraints, including standards and regulations that facilitate and ease recycling. Essentially, this final dissertation comprises two parts: (1) the dissertation manuscript, (2) the assessment tool, “software.” The dissertation expatiates on the methodology employed and its implementation details for assessing the recycling-orientation of products both qualitatively and quantitatively at the design stage. Several recycling related product design standards were taken into account, including WEEE, RoHS, Eco-design, and DFR. The software comprises a series of decision stages; each stage controls different active facets of its functionalities. The assessment of the recycling-orientation of product design is achieved by virtually modeling a product from the product profile. The detail of how this works is demonstrated with a case problem. The opportunity for future development and software upgrading are discussed at the end.
This thesis explores two different models in the use of cultural heritage as a medium for intercultural exchange. This role of cultural heritage is discussed under a larger political framework of intercultural dialogue as a policy approach in managing cultural diversity, with specific reference to the 2008 Council of Europe’s White Paper on Intercultural Dialogue. This policy approach is analysed here in terms of the goal in social cohesion and the liberal, procedural commitment in democracy towards cultural and value pluralism, with its relevance discussed in the context of Singapore, which claims an approach of ‘communitarianism’ upholding ‘Asian values’. Against the background of racism problems in Singapore, the staging and interpretation of Indian dance heritage in Singapore will be analysed between a transcultural and a multicultural model of intercultural dialogue, the former focusing on creative engagement to overcome differences in cultural identity, the latter focusing on mutual understanding and respect of differences. As part of the multicultural model, one will analyse cross-cultural interaction as ‘critical incidents’ based on the ‘Culture Assimilator’ method (otherwise known as the Intercultural Sensitizer) in intercultural communication training – which German social psychologist Alexander Thomas has repositioned in an intercultural competence framework aligned with systems theory. This framework will be adapted to discuss the aspects of open-mindedness and empathy in intercultural learning through cultural heritage, and to deconstruct cultural differences.
In den Vorarbeiten dieser Arbeit konnte der Autor feststellen, dass die meisten mittelständischen Unternehmen (KMU) Defizite in der Unternehmensplanung und im Controlling aufweisen. Viele erstellen zwar Mengenplanungen für den Vertrieb oder die Produktionen, die Planung der Kosten erfolgt jedoch meist völlig unabhängig von den geplanten Leistungen. Oft genug werden die Planbilanz, Plan-GuV und der Finanzplan auf Basis der letzten Bilanzdaten erstellt und nicht direkt aus den logisch vorgelagerten Teilplänen abgeleitet. Damit kann die Konsistenz der Plandaten über alle Teilpläne nicht gewährleistet werden. Ein weiterer Mangel ist die Aktualität der Pläne. Die meisten Unternehmen erstellen nur einmal im Jahr einen operativen Plan, der dann nicht mehr überarbeitet wird. In erfolgreichen Unternehmen wurden dagegen zur Steuerung des Unternehmens kurzfristig (monatlich oder Quartal) sogenannte „Rolling Forecasts“, Prognosen oder Erwartungsrechnungen erstellt. Darüber hinaus werden immer wieder Handlungsalternativen mittels Simulationsrechnungen geprüft. Einer der zahlreichen Gründe, dass nach wie vor nur wenige Unternehmen eine professionelle, integrierte Planung durchführen, liegt im hohen, manuellen Aufwand für die Erstellung und Abstimmung der Teilpläne. Daher wird die Planung noch immer in mehr als 80 Prozent der planenden Unternehmen mit Spreadsheets durchgeführt. Der Einsatz moderner und professioneller Planungs- und Controllingsoftware zeigt, dass gegenüber dem Einsatz von Tabellenkalkulationen eine Reduzierung des Aufwandes für die entsprechenden Tätigkeiten von bis zu 70 Prozent erreicht werden kann. Durch die Integration der Unternehmensplanung und das Controlling kann Planungssicherheit durch Schlüssigkeit und Datenkonsistenz aller Pläne garantiert werden – ein Vorteil für die Unternehmen. Darüber hinaus spielen ein integriertes Controlling und Unternehmensplanung bei der Bonitätsbeurteilung von Unternehmen im Rahmen von Ratingverfahren nach Basel II jetzt und in Zukunft eine immer gewichtigere Rolle. Das Fehlen eines solchen Systems kann mitunter in einem schlechteren Rating, was wiederum zu ungünstigeren Kreditkonditionen führt, resultieren. Daher müssen kleine und mittelständische Unternehmen auch diesen Aspekt bei einer möglicherweise anstehenden Finanzierung beachten. Letztlich wird auch das Management sowie dessen Kompetenzen in diesem Zusammenhang analysiert und bewertet, da von ihm ähnliche Wirkungen auf die Bonität ausgehen. Leider sind beide Faktoren einer erfolgreichen Unternehmensführung in kleinen und mittelständischen Unternehmen häufig nicht besonders gut entwickelt. Sowohl beim Management und dessen Kompetenzen sowie auch beim Planungs- und Controlling-system bestehen starke Defizite. Der Autor verfolgt mit der vorliegenden Arbeit das Ziel, die Bedeutung eines softwaregestützten Planungs- und Controllingsystems in Verbindung mit einer angemessenen Managementkompetenz für die Unternehmensfinanzierung aufzuzeigen sowie deren mögliche Wirkungen zu analysieren und hervorzuheben. Im Ergebnis ist der Autor bestrebt, Vorschläge zum Aufbau zukünftiger Controllingsysteme zu erarbeiten sowie die Anforderungen an die Managementkompetenz mittelständischer Unternehmensführungen zu konkretisieren. Zur Erreichung des gesetzten Ziels wird der Autor zu Beginn alle im Rahmen des Themas relevanten Bereiche konkretisieren und ihre Bedeutung für die Arbeit erläutern. Dazu wurden neben der klassischen akademischen Literatur in erster Linie aktuelle Fachartikel sowie zahlreiche fremde Studien verwendet. Zu den angesprochenen Bereichen zählen hier die Gruppe der kleinen und mittelständischen Unternehmen in Deutschland sowie deren Finanzierungsprobleme, der Begriff der Managementkompetenz und der Aufbau von Controllingsystemen bestehend aus zahlreichen Controllinginstrumenten. In den Kapiteln zwei bis vier werden diese bearbeitet. Darauf fundierend wird der Zusammenhang zwischen den genannten Bereichen hergestellt und mit Fokus auf die Zielsetzung der Arbeit erklärt. Bezugnehmend auf die mittelständischen Finanzierungsprobleme werden dann die Anforderungen der Kapitalgeber an das Controlling eines KMU in Kapitel fünf formuliert. Nachdem die Grund-lage zum Verständnis softwaregestützter Planungs- und Controllingsysteme gelegt wurde, stellt der Autor diese im sechsten Kapitel ins Zentrum der Betrachtung. Quasi Top-Down, d.h. vom Groben ins Feine, werden diese Systeme nun in all ihren theoretischen und praktischen Facetten analysiert. Letztendlich soll die Wirkung des Einsatzes dieser Software für die Unternehmen im Hinblick auf die Finanzierungssituation und die Managementkompetenz ersichtlich werden. Zur Erarbeitung von Vorschlägen für den Aufbau künftiger Controllingsysteme ist es erforderlich, diese auch an kommenden Entwicklungen auszurichten. Aus diesem Grund beleuchtet der Autor im siebenten Kapitel Trends und zukünftige Rahmenbedingungen im Mittelstandscontrolling und leitet daraus seine Empfehlungen ab. Besonderes Augenmerk richtet er dabei auf die neuen internationalen Bilanzierungsnormen IFRS for SME sowie die Regelungen der Eigenkapitalunterlegung von Krediten gemäß Basel II. Kapitel acht fasst die gesamte Arbeit noch einmal vollständig mit ihren Ergebnissen zusammen.
Deutschland hat sich in den letzten Jahren beim Klimaschutz zu einer internationalen Führungsrolle bekannt und verfolgt zur Erreichung der eigenen Emissionsminderungsziele verschiedene Strategien im stationären Energiewandlungsbereich. Hierzu gehören - neben anderen Technologieoptionen - auch die verstärkte Nutzung regenerativer Energiequellen und wandlungseffizienter Kraft-Wärme-Kopplungstechnologien. Während legislative Fördermaßnahmen im erneuerbaren Energienbereich in Deutschland zu einem sehr starken Zubau von Energieanlagen führten, bleibt die Nutzung von dezentralen Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) hinter den Erwartungen zurück. Die Gründe hierfür sind sehr vielschichtig, können aber zum Großteil auf fehlende ökonomische Anreize zurückgeführt werden. Die Zielsetzung der Arbeit besteht in der Entwicklung eines methodischen Ansatzes, um Lösungsmöglichkeiten für eine technische, wirtschaftliche und anreizorientierte Integration kleiner dezentraler KWK-Anlagen im kommunalen Versorgungsbereich anzubieten. Als ein wissenschaftlicher Beitrag zur Energieforschung im dezentralen Energieversorgungsbereich, besteht ein Hauptanliegen in der Ableitung von Betriebsführungsmethodiken für kleine KWK-Anlagen, die sowohl den lokalen Versorgungszielen des jeweiligen Anlagenbetreibers gerecht werden, als auch bestehende Energieeffizienzpotenziale im kommunalen Versorgungsbereich erschließen können. Hierfür werden zunächst - abgeleitet aus den kommunalen Energieversorgungsaufgaben - die Zielstellungen eines ganzheitlichen Energieversorgungsansatzes mit hohem Anteil dezentraler KWK-Anlagen in ein übergeordnetes Betriebsführungskonzept überführt und die technischen und ökonomischen Notwendigkeiten zur praktischen Realisierung erörtert. Aufbauend auf den Ausführungen zum ganzheitlichen Integrationsansatz bilden die Beschreibung eines entwickelten Optimiermodellansatzes und dessen Anwendung im Rahmen von Szenariobetrachtungen den Kern der Arbeit. Mit verschiedenen Szenarien für ein kleines kommunales Versorgungsgebiet werden die ökonomischen Effekte kostenoptimierter Betriebsführungsvarianten vergleichend gegenübergestellt und der Beitrag zur Steigerung eines wirtschaftlichen Anlagenbetriebes eruiert.
In der Arbeit wird untersucht, inwieweit zwei Epitaxieverfahren (LPCVD- und RPCVDVerfahren) geeignet sind, Bor-dotierte Si/SiGe/Si-Heteroschichtstapel mit guter Homogenität und Reproduzierbarkeit herzustellen. Die Bewertung der Epitaxieverfahren erfolgte anhand von HBT-Parametern, deren Streuungen von Wafer zu Wafer und über den Wafer ermittelt und mit publizierten Referenzdaten des etablierten UHVCVD-Verfahrens verglichen wurden. Die besten Ergebnisse wurden für RPCVD-basierte Si/SiGe/Si-Schichstapel ermittelt. Schichtstapel beider Epitaxieverfahren haben eine geringe Dichte elektrisch aktiver Defekte. Als kritischer Epitaxieprozeßparameter wurde die Abscheidetemperatur ermittelt. Im Fall des LPCVD-Verfahrens hat die Trägergasgeschwindigkeit einen großen Einfluß auf die Homogenität des Boreinbaus. Mit dieser Arbeit wurde nachgewiesen, daß das RPCVDEpitaxieverfahren eine Alternative zum etablierten UHVCVD-Verfahren ist.
Die zunehmende Digitalisierung unserer Gesellschaft erfordert fortwährenden Schutz von kritischen Informationen mittels kryptographischer Systeme. Algorithmisch sind diese Systeme kaum anzugreifen. Allerdings ermöglichen sogenannte Seitenkanalattacken die Extraktion von geheimen Daten. Eine Art Seitenkanalattacken mit großem Angriffspotential ist die lokalisierte elektromagnetische Analyse. Bei diesem Verfahren werden durch Messung und Analyse der elektromagnetischen Abstrahlung von Teilen der Schaltung Rückschlüsse auf interne Zustände getroffen und dadurch geheime Informationen wie private Schlüssel extrahiert. Der aktuelle Stand der Forschung im Bereich lokalisierter EMA zeigt sowohl erfolgreiche Angriffe als auch Gegenmaßnahmen auf. Jedoch werden in den veröffentlichten Arbeiten keine detaillierten Untersuchungen hinsichtlich der genauen Umsetzung des Layouts der FPGA Implementierungen untersucht, welches die Ursache für den lokalisierten Leakage bildet. Stattdessen werden die Ursachen auf der algorithmischen Ebene des verwendeten kryptographischen Verfahrens betrachtet und ebenfalls eine algorithmische Gegenmaßnahme vorgeschlagen.
In dieser Arbeit wird der Einfluss des Layouts von FPGA und ASIC Implementierungen auf lokalisierte EMA Angriffe untersucht. Dabei spielt insbesondere die Platzierung der Register eine wichtige Rolle. Die Untersuchungen in dieser Arbeit werden genutzt, um weiterführende Maßnahmen zum Schutz von kryptographischen Implementierungen planen zu können.
Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass sowohl das Design selbst als auch die Implementierung als FPGA oder ASIC einen großen Einfluss auf die Angreifbarkeit der Implementierung durch eine lokalisierte EMA haben. So kann die FPGA Implementierung des betrachteten ECC Designs ebenfalls für diese Art von Angriffen verwundbar sein. Aufgrund ihrer Implementierung ist dieser ECC-Beschleuniger insgesamt weniger anfällig als ein Vergleichsdesign aus dem Stand der Forschung. Dennoch konnten potentielle Schwachstellen identifiziert werden, welche die Grundlage für die Planung und Umsetzung von Gegenmaßnahmen darstellen. Bei einer FPGA Implementierung des ECC Beschleunigers ist hauptsächlich die Lage der Flip-Flops im Layout die Ursache für die Anfälligkeit. Dem kann durch eine gleichmäßige Verteilung der Register zusammen mit permanent aktiver Logik entgegengewirkt werden, da die EM Abstrahlung der Logik die der Register überdeckt. Im Gegensatz dazu konnte bei der ASIC Implementierung keine Aussage über den Einfluss von Platzierungsvarianten getroffen werden, da die Einflüsse nicht messbar waren. Allerdings konnte die Verdrahtung auf der obersten Metallschicht als Leakagequelle bestimmt werden. Als Gegenmaßnahme dazu wird vorgeschlagen, durch Constraints die Ausgangssignale von Registern eines kryptographischen Chips nicht bis in die oberste Schicht zu routen.
Die Arbeit hat den Stand und die Möglichkeiten der Weiterentwicklung der Energieholzerzeugung durch Kurzumtriebsplantagen (KUP) zum Inhalt. Nach der Analyse der Entwicklung dieser relativ neuen Variante zur Bewirtschaftung schnellwachsender Baumarten und ihrer Möglichkeiten werden die damit einhergehenden gesetzlichen Grundlagen analysiert. In diesem Zusammenhang werden neben landwirtschaftlichen Flächen auch andere Optionen der Flächenetablierung betrachtet (Wald, Brachflächen). Schwächen in der Abgrenzung und Förderung, vor allem auf Länderebene, werden diskutiert. Es schließt sich eine ausführliche ökonomische und ökologische Betrachtung des Agrarholzanbaus sowie der Grundlagen der Bewirtschaftung einschließlich der Rohstoffbereitstellung an. Die Analyseergebnisse dienen als Grundlage für die Durchführung von Interviews mit Experten der Thematik schnellwachsender Baumarten. Die Ergebnisse dieser Interviews belegen, dass KUP mehrheitlich als Chance zur langfristigen Energieholzversorgung und Etablierung regionaler Kreisläufe - hauptsächlich im landwirtschaftlichen Sektor - gesehen wird, es jedoch in diesem Zusammenhang noch einer Reihe von Defiziten - unter anderem auf Seiten der Bewirtschaftungstechnik, der Rahmenbedingungen und sonstigen Etablierungshemmnissen - zu begegnen gilt. Nach Überwindung der noch vorhandenen Anlaufschwierigkeiten stehen die Chancen jedoch gut, die Energieholzerzeugung im Kurzumtrieb ökonomisch tragfähig, ökologisch vorteilhaft und sozial verträglich auszubauen und damit sowohl zur Diversifizierung der landwirtschaftlichen Produktion beizutragen als auch den Nutzungsdruck auf den Wald zu verringern.
Im Zeitraum von Oktober bis Dezember 2016 wurde vom Lehrstuhl für Produktionswirtschaft der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg die Studie mit dem Titel „Die Wertstrommethode im Zeitalter von Industrie 4.0“ als Online-Umfrage durchgeführt. 170 Personen beantworteten den Fragebogen vollständig, allesamt haben Erfahrungen mit Lean Production. Die zunehmende Volatilität der Märkte sowie die fortschreitende Digitalisierung werden als die größten Herausforderungen für Produktion/Produktionssystem gesehen.
Als größter Nachteil der Wertstrommethode gilt, dass sie nur ein statisches Tool ist bzw. eine Momentaufnahme darstellt. Am meisten werden an der Wertstrommethode die Transparenz hinsichtlich Engpässen und Problemen sowie die Möglichkeit zur Ableitung von Verbesserungsthemen geschätzt. Knapp die Hälfte der Befragten aktualisiert Dokumente von Wertstromanalyse und -design höchstens einmal pro Jahr. Der Aufwand dafür ist höchst unterschiedlich und reicht von einem bis zu mehr als 20 Manntagen. Kurz- und mittelfristig wird eine autonome Produktionssteuerung in der Serien- und Massenfertigung nicht als realistisch angesehen. Die Bedeutung der Wertstrommethode wird damit weiterhin groß bleiben.
Die große Mehrheit der Teilnehmer sieht überwiegend keine Widersprüche zwischen Industrie 4.0 und der Lean-Philosophie, hält Lean nach wie vor für wichtig und plädiert für eine Integration von Lean und Industrie 4.0. Als besonders groß wird bei der Integration von Lean und Industrie 4.0 das Potential zur Steigerung der Flexibilität angesehen. Ein Großteil der Experten ist der Meinung, dass künftige Herausforderungen der Produktion auch Auswirkungen auf die klassische Wertstrommethode haben werden. Zwei Drittel der Befragten halten eine Weiterentwicklung der Methode mit Industrie 4.0-Lösungen deshalb für sinnvoll. Von besonderem Interesse sind für die Studienteilnehmer dabei die Möglichkeit der Simulation, die Echtzeit-Integration von Produktions- und Maschinendaten sowie die Schaffung einer Schnittstelle zu ERP-/MES-Systemen. Dabei sollen die Aspekte Transparenz der Prozesse, die Einbeziehung aller Beteiligten sowie die Möglichkeit zur Ableitung von Verbesserungsthemen unbedingt berücksichtigt werden.