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This thesis deals with the energy system transformation of coal-dependent developing countries in the context of climate change mitigation. It departs from the hypothesis that phasing-out the unabated use of coal for power generation, while scaling up carbon-free alternatives, represents a major challenge for coal-endowed developing countries and emerging economies. This challenge is constituted in multiple economic, political and societal determinants for sustained and expanded coal-use. This thesis adopts a political economy perspective and examines those determinants in detail. It focuses on how different societal and political actors are affected the use of coal, and interprets the distributional implications of reforms away from coal as key restrictions for their political feasibility. Given the heterogeneity in the historical, socio-economic, political, and institutional characteristics that different countries exhibit, which are hypothesized to impact on the drivers behind coal-use, this thesis adopts a case-study based approach. It focuses on two large Asian economies, Indonesia and India, as coal-endowed emerging economics with a pivotal relevance in global climate protection efforts. Three main chapters represent the core of this thesis. The first main chapter of this thesis examines the political economy of the power sector and coal mining in Indonesia, focusing on the drivers for the continued use of coal for electricity generation. It presents an expert-interview case study, based on the perspective of 90 expert stakeholder in Indonesia´s energy and climate policy, at national and subnational level. The study identifies key societal and political actors behind Indonesia´s energy- and climate policies driving coal-use, spells out their objectives, and examines how these actor-specific interests’ effect on energy and climate policies. The second main chapter of this thesis studies the implications of an Indian energy transition away from coal-use along three dimensions: the distributional impacts towards households, the implications for employment, and the impact on competitiveness of industries. The input-output based, distributional- incidence case study analyses the concentration of impacts for key societal groups affected by a coal phase-out and renewable energy phase-in, and its spatial distribution across Indian states and regions. The third main chapter of this thesis studies the cost-competitiveness of renewable energy alternatives to coal in Indonesia. The energy modelling based analysis shows how the cost-optimal composition of Indonesia´s power sector in coming decades would comprise high shares of coal-fired electricity. The three main chapters of this thesis identify political economy challenges to a transition away from coal, outlining how a successful coal phase-out will require focusing on its context-dependent distributional and political implications.
Significance of storm spatiotemporal variability and movement in flood hydrodynamic modelling
(2024)
This dissertation aims to explore the impact of various storm properties on computational flood modelling and to propose a method for integrating them into flood risk assessment. It focuses on three key areas:
Firstly, it examines within-storm variability, investigating how variations in storm intensity, duration, and spatial distribution affect runoff dynamics. Through a systematic theoretical approach, the study generates synthetic rainfall signals with different hyetograph variabilities and applies them to a hydrodynamic model. The results highlight the significant influence of storm spatiotemporal variability on runoff response, affecting peak discharge, hydrograph shapes, and flooded areas. Temporal variability emerges as particularly dominant, overshadowing spatial variability and other storm properties such as return period and volume. The study emphasizes the spatial dependency of these effects within the drainage network.
Secondly, it investigates the role of storm movement in flood modelling, recognizing its potential to alter runoff dynamics and inundation patterns. By generating synthetic rain hyetographs traversing the catchment area at varying velocities and directions, the study shows that storm movement significantly impacts runoff response and flood extents. Higher storm velocities lead to more pronounced peaks and faster runoff onsets, resulting in larger flooded areas. The direction of storm movement plays a crucial role, with storms aligning with the average stream direction causing the highest peaks and flooded areas. The magnitude of this influence varies depending on the location within the catchment.
Finally, the dissertation introduces a dynamic spatiotemporal rainfall model aimed at preserving storm event properties. Using an event-based approach, dynamic precipitation events are identified and regenerated, ensuring the conservation of storm spatiotemporal variability and movement characteristics. This facilitates the generation of more physically plausible and spatiotemporally coherent precipitation time series. The model prioritizes user accessibility, offering a practical tool for integrating storm properties into flood computation modelling and risk analysis frameworks. By addressing these aspects of storm behaviour, the dissertation contributes to enhancing the accuracy and effectiveness of flood modelling, thereby improving flood risk mitigation efforts.
Reliability assessment of pipeline failure factors has become a major concern for industrial firms involved in the transmission of oil and gas, where the requirement to limit these failure factors and their consequences, such as maintenance costs, is particularly significant. Pipelines were constructed throughout time to include safety precautions in order to offer a theoretical minimal failure rate for the pipeline's whole life. This strategy also includes the management of various failure causes as well as routine-based maintenance to assure the dependability of pipelines during their service life. However, the requirement to reduce the impact of these failure factors on pipelines has bolstered the use of reliability evaluation of failure factors on petroleum pipelines. The purpose of this study is to evaluate the reliability of oil pipelines in Nigeria, with emphasis on proposing operational and technical changes to enhance their resilience against unexpected failures. The thesis uses the regular Poisson, empirical, and compound Poisson processes to describe the number of common failure causes owing to corrosion, third-party damage, mechanically induced failure, operational mistakes, and natural hazards in repairable systems. The statistical analysis results serve as the foundation for time to failure modeling of petroleum pipelines utilizing Bayesian inference of the three-parameter Exponentiated Weibull distribution. The thesis also includes reliability probabilistic methods for assessing the influence of uncertainties in pipelines by comparing the First order reliability method (FORM) with the Second order reliability method (SORM) with demonstration on five distinct petroleum pipelines. The probability of failure and the reliability index for the five pipelines were calculated, along with the target reliability. Additionally, the influence of specific pipeline design parameters on the probability of failure was analyzed through sensitivity analysis. This analysis helps identify which design factors have the most significant impact on the likelihood of pipeline failure, allowing for more informed decisions in pipeline design and maintenance practices. By understanding these influences, it is possible to enhance the overall reliability and safety of the pipeline infrastructure. The framework developed in this thesis can be applied to enhance the performance of existing pipelines and serve as a good foundation for the design and implementation of new pipelines and similar infrastructures.
Benign prostatic hyperplasia (BPH) is considered an age-related disease of men with unknown etiopathophysiology. Chronic inflammation represents one of the most important pathophysiological mechanisms in this context, and there is also evidence for the involvement of autoimmune responses in an inflammatory environment in the prostate. Conventional therapeutic approaches for BPH are limited; however, immunosuppression by TNF (tumor necrosis factor)-𝛼 blockers seems to reduce symptoms in BPH patients due to the reduction of epithelial hyperplasia and macrophage-triggered inflammation. Therefore, this cumulative dissertation addresses biomarker-based BPH diagnosis by lens epithelium-derived growth factor splice variant 75 kDa (LEDGF/p75). LEDGF/p75 is an autoantigen that is overexpressed in solid tumors and functions as a stress-related transcriptional co-activator. It also plays an important role in cancer and DNA damage repair (DDR). The generation of CRISPR/Cas9-modified HEp-2 LEDGF deficient (KO) and HEp-2 LEDGF/p75 overexpressing (OE) cell lines provided new insights for the diagnosis and therapy of cancer and genetic disorders. Herein, IgG autoantibody reactivity to LEDGF/p75 was detected in patients with prostate cancer (PCa, n=89), bladder cancer (BCa, n=116), benign prostatic hyperplasia (BPH, n=103) and blood donors (BD, n=60) by indirect immunofluorescence assay (IFA) linear immunoassay (LIA) and Chritidia luciliae immunofluorescence test (CLIFT). In addition, proliferation and migration capacity as well as chemosensitivity of genome-edited cells were determined by optimized all-in-one approach, followed by investigation of DDR signaling pathways by Western blot and immunofluorescence. Surprisingly, no increased binding of autoantibodies (autoAbs) to LEDGF/p75 was detected in cancer patients, but autoAb reactivity to LEDGF/p75 O/E cells was unexpectedly increased in approximately 50% of patients with BPH. At the molecular level, LEDGF-deficient cells exhibit decreased proliferation and migration and increased sensitivity to the chemotherapeutic agent etoposide. A significantly Decreased DNA damage response could also be visualized. New diagnostic capabilities using HEp-2 cells overexpressing LEDGF/p75 or mitochondrial DNA as autoimmune targets could be used to identify BPH patients with autoimmune responses. Furthermore, this Thesis shows that LEDGF is not only involved in the recruitment of DNA damage response proteins, but also affects the proteosomal regulation of DDR signaling molecules.
Rückwanderung in Kleinstädten : der Beitrag von Rückwanderung in ländlichen strukturschwachen Räumen
(2023)
Die Kleinstädte in ländlichen, strukturschwachen Regionen stehen vor komplexen Herausforderungen, die durch demografische Verschiebungen, wirtschaftliche Schwierigkeiten und soziale Umwälzungen geprägt sind. Die Rückwanderung, als vorherrschende Form der Zuwanderung in diesen Gebieten, (vgl. Meister et al. 2020) hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Zudem hat sich der Umgang mit dem Thema, im Speziellen in der Rückwanderungsförderung, in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. (vgl. G3 (1) 2023) Rückwanderung dient nicht mehr nur der Stabilisierung von Einwohnerzahlen, sondern birgt auch große Potentiale für die lokale und regionale Entwicklung. Diese Studie untersucht die Rolle der Rückkehrer:innen für die Entwicklung von Kleinstädten und fragt, welchen Beitrag sie leisten können. Die Forschungsarbeit basiert auf einer theoretischen Annäherung, in der Wirkungsfelder der Rückwanderung (Wirtschaft, Kultur und Soziales, Bildung und Wissenstransfer sowie Vernetzung) diskutiert und in qualitativen Interviews mit Rückkehrer:innen und Vertreter:innen verschiedener Kleinstädte überprüft werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kleinstädte trotz ähnlicher Voraussetzungen in der Rückwanderungsförderung an sehr unterschiedlichen Punkten stehen. Dabei werden die Wirkungsfelder der Rückwanderung in Bezug auf den Mehrwert für die Städte sehr unterschiedlich wahrgenommen. Hier stehen vorwiegend die kurzfristigen Effekte von Rückwanderung im Blick von Maßnahmen zur Förderung und Unterstützung. Diese lösen jedoch nicht die grundlegenden, häufig strukturellen Probleme der Kleinstädte. Das Potential der Rückwanderung zeigt sich stattdessen vor allem in langfristigen Effekten. Rückkehrer:innen präsentieren sich als engagierte Personen, die auch nach ihrem Ankommen einen Beitrag zur Stadtentwicklung leisten können. Sie tragen zudem zu einem positiven entwicklungsoffenen Umfeld bei. Dieses Potential wird von den Kleinstädten zwar ebenso wahrgenommen, jedoch ist es noch kein Teil von Maßnahmen zur Förderung und Unterstützung. Die Herausforderung besteht nicht nur darin, Projekte von Engagierten zu unterstützen. Gerade wegen der immer stärkeren Einbindung in Familie und Beruf sind daran angepasste zielgruppengerechte Begegnungs- und Gemeinschaftsräume Rückkehrer:innen, aber auch Gebliebene notwendig. So können persönliche Ressourcen gebündelt und Räume für neue Innovationen entstehen. Dabei ist jedoch zu bemerken, dass die Kleinstädte hier personell und finanziell bereits jetzt an ihre Grenzen kommen. Hierbei ist noch einmal auf die Relevanz der Rückwanderung, nicht nur für die Kleinstädte, sondern auch für die umliegende Region zu betonen. Es ist demnach nicht nur Sache der Kommunen, hier aktiv zu werden. Sie sind hierbei auch auf die politische Unterstützung auf Kreis- und Landesebene angewiesen.
The hetero-integration of group IV and III-V epitaxial layers on silicon (Si) substrates enables novel devices for optoelectronic and high-power applications. However, lattice and thermal mismachtes lead to an unavoidable formation of defects in hetero-epitaxy. The consideration of these defects is important in semiconductor devices as they affect material properties and impair the device performances. Besides the structural characterization of the unintentional introduced defects and the question of it’s origin, it is essential to evaluate their electrical activity in order to describe their impact on the device performance.
This work explores the electrical activity of threading dislocations (TDs) in Ge-rich SiGe heterostructures integrated on Si substrates as well as the electrical active defects introduced by the growth of aluminium-nitride (AlN) seed layers for the integration of gallium-nitride (GaN) on Si substrates.
I demonstrated a defect-related p-type conductivity of intrinsically grown Si ₀ ̣₀₆Ge ₀ ̣₉₄/Ge that reaffirms previous work of similar intrinsic Ge-based material. Moreover, I detailed the threading dislocation related leakage currents in rectifying devices, revealing a power law dependence on the threading dislocation density (TDD). By a variation of temperature I determined the dominant mechanism of transport of this leakage currents in different temperature regimes, for which I suggested possible interactions with TD related defect states. Through the reduction of leakage currents in the fabricated MOS capacitors I was able to examine an effective carrier concentration of 5-6x10¹⁵cm⁻³ in the nominally intrinsic Si ₀ ̣₀₆Ge ₀ ̣₉₄ epitaxial layer, which decreases down to 1x10¹⁵cm⁻³in the Ge buffer underneath. By applying deep level transient spectroscopy (DLTS) I found one dominant hole trap at mid-gap position confirming the presence of an TD-related effective generation-recombination center. In addition, I investigated the hole trapping kinetics of this defect level and associated it with point defects that are trapped in the strain field around threading dislocations.
I obtained insights into defect formation in the Si substrate and at the AlN/Si interface in dependence of the AlN growth temperature. A low temperature growth step prevented a deep in-diffusion of Al atoms into the Si substrate with simultaneous increase of the maximal p-type doping in the vicinity of the AlN/Si interface. Furthermore, I found a bulk hole trap inside the Si substrate at mid-gap position that showed an increase in density by applying a low temperature growth step. In contrast, the defect states at the AlN/Si interface decreased when a low temperature growth step was applied, in comparison to AlN layers grown at continuous high temperatures.
Mit dem Begriff „weiche Materie“ wird eine Stoffklasse bezeichnet, die uns im Alltag ständig und nahezu überall begegnet. Dennoch zählt die Erforschung solcher Materialsysteme zu einer noch recht jungen Disziplin moderner Materialforschung. Dem Ziel, ein besseres Verständnis und Vorhersehbarkeit mechanischer Eigenschaften zu gewinnen, gehen Kenntnisse über die innere Dynamik voraus. Die Dynamik in solchen Systemen wird dabei von vergleichsweise geringen Kräften getrieben, die bei Untersuchungen auf der Erde von dominant erscheinenden schwerkraftgetriebenen Phänomenen wie beispielsweise der Sedimentation überlagert werden können. In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung einer Anlage beschrieben, die eine modulare Experimentplattform auf einer Höhenforschungsrakete darstellt und Experimente zur Untersuchung weicher Materie unter nahezu gänzlicher Ausschaltung der Schwerkraft ermöglicht. Ein druckdichter und wiederverwendbarer Rumpf stellt den Experimenten auch während des Fluges atmosphärische Bedingungen zur Verfügung, wobei durch eine Luke nicht langzeitstabile Proben kurz vor Start der Rakete integriert werden können. Häufig genutzte Diagnostikelemente von Lichtstreuexperimenten und Servicesystemkomponenten zur Versorgung mit Energie und Informationen werden in eine Baugruppe gebündelt und über definierte Schnittstellen für Neuentwicklungen zugänglich gemacht, sodass deren Entwicklungszeiten verkürzt werden können. Exemplarisch werden zwei Lichtstreuexperimente entwickelt und in das Modul integriert: Ein kolloidaler Teil, der die Bewegung aktiver Mikroschwimmer untersucht, und einen granularen Teil, bei dem Licht an Teilchen und Gasblasen gestreut wird.
Die phototaktisch getriebenen Mikroschwimmer zeigen ohne die auf der Erde unvermeidlichen Randschichteffekte unter Mikrogravitation eine messbar verschiedene Dynamik. Mit einer kritischen Bewertung werden Verbesserungspotentiale aufgelistet, die teils im Zweitflug umgesetzt werden. Für zukünftige Anwendungen auf der Experimentplattform werden Ideen und Vorhaben im Kontext der Möglichkeiten aufgeführt, wobei der Nutzen und der Mehrwert eines wiederfliegenden Moduls an Hand von Ergebnissen aus den stattgefundenen Flügen manifestiert werden können.
By the year 2539 almost 75% of all freshwater mollusc species within Europe will be lost. The transformation of natural ecosystems, the extension of infrastructure, as well as agriculture are the main threats. The Roman snail (Helix pomatia L. 1758) has been part of human culture for centuries and is protected by law as an endangered species in several regions, and at the same time regarded and treated as a pest, making the conservation of this species difficult.
The aim of this thesis was to create a better understanding of H. pomatia and its functional role within the ecosystem. Eight subpopulations were studied regarding its role within the food web, the use of empty shells as a mircohabitat and its influence on vegetation by showing food preferences. The latter, due to the fact, that a strong predation pressure can minimize habitats, which leads to higher pressure on the local vegetation and a limited possibility of shells being used as a microhabitat.
First, the relationships between H. pomatia individuals, subpopulations and their predators were analysed. The total number and percentage of shells that showed external attack marks by predators (32%) and internal utilization marks by Diptera pupae (45%) were analysed and correlated to morphometric traits of shells. Signs of external attack and internal utilization marks were positively correlated (R = 0.79; P = 0.020). External attacks were more regular in larger shells and internal utilization was more frequent in shells with higher body density.
The second chapter focuses on the shells of H. pomatia and their value as microhabitat for shell adopters in different vegetation forms and during two sample periods. Out of 618 collected shells, 91.4 % were inhabited and the average was 1.5 time higher in summer, than in autumn. The number of shell adopters per shell was 1.5 times higher in herbaceous vegetation, than in areas dominated by trees. Shell width (P = 0.008), but not shell height (P = 0.078) had a significant higher influence.
Finally, food preferences of H. pomatia were analysed, showing a pronounced preference for Urtica dioica (35% of all 697 feeding interactions) and plant litter (44%). Only 27 out of 143 available plant species were eaten and a literature review confirmed U. dioica as a food plant for 19 other terrestrial snail species. The width and height of the snail shells were related to the feeding height as smaller, juvenile snails fed higher in vegetation (384mm ± 327mm) compared to adult individuals (68mm ± 194mm) (P<0.001).
These results highlight the importance of H. pomatia in the studied ecosystem. H. pomatia is an important food source for predators and host for parasitoids, the shells offer habitat and refuge for soil organisms and as a relatively specialized herbivore and decomposer H. pomatia contributes to herbivory and nutrient cycling in ecosystems.
Hopefully this study may help to motivate future conservation efforts.
Obwohl Andrej Tarkovskij retrospektiv als einer der bedeutendsten sowjetischen Filmemacher gehandelt wird, war sein Schaffen zu Lebzeiten von jahrelangen Grabenkämpfen mit dem Moskauer Staatskomitee für Kinematografie und dem Politbüro der KPdSU begleitet, die immer wieder zu Verzögerungen oder gar zur Zensur seiner Arbeiten geführt hatten.
Vor dem Hintergrund der Anerkennung, die den Filmen vornehmlich im Ausland zuteil wurde, deutet die ›Moskauer Aversion‹ gegenüber seinem Werk, offiziell der mangelnden Allgemeinverständlichkeit der Filme geschuldet, auch auf ideologische Differenzen hin, insbesondere hinsichtlich des in Tarkovskijs Filmen vermittelten Menschenbildes, das in der Dissertation durch eine umfassende anthropologische, ästhetische und ethische Analyse und Interpretation rekurrenter Motive, Formen und Strukturen sowie intermedialer Referenzen und deren komparatistische Rückbindung an entsprechenden Parallelnarrative der kulturpolitischen nachgerade anthropopolitischen Leitlinien abstrahiert und diskursiv untersucht wird.
Diese Arbeit befasst sich mit systematischen Untersuchungen zur Entwicklung einer Methode zur Festigkeitssortierung von Holzbauteilen in bestehenden Konstruktionen. Deren Notwendigkeit ergibt sich aus der bauaufsichtlichen Forderung, die für die Errichtung von Neubauten geltenden Normen auch im Zuge der Instandsetzung bestehender Konstruktionen anzuwenden. Dazu ist auch Kenntnis über die vorhandene Materialqualität erforderlich. Diese wird in der Praxis meist nur abgeschätzt, da bis dato keine konkreten normativen Regelungen für die Bewertung von Holzbauteilen in bestehenden Konstruktionen existieren. Tragfähigkeitsreserven und -defizite können so nicht erfasst werden. Dies kann zu unwirtschaftlichen, unverhältnismäßigen und nicht fachgerechten Eingriffen in die Bausubstanz führen. Das ist aus ökonomischer, ökologischer und denkmalpflegerischer Sicht nicht vertretbar.
Das Ziel der Arbeit war die Adaption der in Deutschland geltenden normativen Regeln für die Festigkeitssortierung von neuem Bauholz zur Anwendung in Bestandsbauten. Hauptaugenmerk lag auf der Kombination visueller und zerstörungsfreier/-armer Prüfmethoden. Deren zuverlässige Anwendung erfordert ein statistisch abgesichertes Auswertungsmodell. Dahin-gehend wurde eine ausführliche Literaturstudie zur Festigkeitssortierung von Bauholz, zur Bauzustandsbewertung von Bestandsbauten und der zerstörungsfreien/-armen Prüfung von Holz geführt. Darauf aufbauend erfolgten umfangreiche Materialversuche an Proben in Bauholzdimension zur Anwendbarkeit ausgewählter zerstörungsfreier/-armer Prüfmethoden. Die auf dieser Grundlage entwickelte Festigkeitssortiermethode wurde in zusätzlichen Versuchen an altem Bauholz und in bestehenden Konstruktionen erprobt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die visuelle Sortierung für die Erfassung der Holzqualität in-situ nicht zuverlässig genug ist. Gleiches gilt für eine alleinige Anwendung zerstörungsfreier/-armer Prüfmethoden. Die Kombination beider Methoden mit Hilfe eines statistisch abgesicherten Auswertungsmodells führt zu einer wesentlich zuverlässigeren Abschätzung der Materialqualität. Die entwickelte Festigkeitssortiermethode ermöglicht darüber hinaus die Anpassung des Untersuchungsumfangs auf die jeweilige Konstruktion und deren spezifischen An-forderungen. Die Erprobung zeigt, dass Tragfähigkeitsreserven und -defizite zuverlässig er-mittelt werden können. In den durchgeführten Fallstudien an historischen Holzkonstruktionen ergaben sich Reserven von (17 … 67) % der Festigkeit sowie von (7 … 27) % der Steifigkeit. Gleichzeitig konnten einzelnen, auf Grundlage der visuellen Sortierung nicht als Bauholz verwendbare Bauteile einer Festigkeitsklasse nach EN 338 zugeordnet werden.
Die Anwendung der entwickelten Methodik zur in-situ Festigkeitssortierung ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber der aktuellen Praxis bei der Bewertung bestehender Holzkonstruktionen. Sie eröffnet die Möglichkeit, Instandsetzungsmaßnahmen substanzschonender und wirtschaftlicher zu planen.
Due to environmental impacts from anthropomorphic climate change, countries from around the world are committed to an energy transition from fossil fuels to renewable and sustainable energy sources. The heating and cooling sector represents the largest share of total energy consumption globally, not only for domestic use but also for commercial and industrial purposes of which only 11% is covered by renewable energy. One renewable source, geothermal energy, has the potential to cover much of this demand, particularly heating demand, for the agriculture and food sector. Geothermal use in the agri-food industry continues to be positive overall, yet slow adoption and inconsistent growth have not met its potential as claimed by experts. This trend may be explained by a lack of coherent policy and initiatives from regulating government bodies. This research explores the relationship and the degree of correlation between government support, expressed in terms of policy incentives, and the growth of geothermal energy use in the agri-food sector. Two hypotheses are constructed to test this relationship. The first assumes that government support through policy leads to positive growth in geothermal argi-food, and the second assumes that no relationship exists. The research is a multiple case study of twelve countries from 2010 to 2020. Methods used in this study include Likert summative scale, a statistical and content analysis of secondary sources such as policy documents, laws, and other government acts. The results show a strong correlation between policy incentives and adoption of geothermal energy in agri-food sector. However, only 23% of growth in capacity in case countries can be explained by the levels of government support. Additionally, not all policies hold equal weight in that they are implemented on different levels of governance (global, national, and local). The study observes that between these three levels, national policies have the most correlative effect on geothermal energy adoption, while global and local policies do not seem to have significant influence. These effects vary but the overall market trends are influenced heavily by leading performers. Countries that show the most growth are – Hungary, Iceland, the Netherlands, and Türkiye. They all share strong government support on a national level, targeted policies for geothermal agri-food, and geothermal energy is economically competitive when compared to other forms of energy.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen von Fremdkörperschädigungen und Blending Reparaturen auf das aeroelastische Systemverhalten einer modernen Hochdruckverdichter Blisk. Mittels einer vollautomatisierten Prozesskette zur Untersuchung parametrisch definierter Schadensfälle erfolgt eine detaillierte Analyse der Korrelationsbeziehungen zwischen den Schädigungsparametern und deren Einfluss auf die hochzyklische Ermüdungsfestigkeit der Komponente. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse fließen in ein Regressionsmodell zur Erstellung von Sensitivitätsplots ein, um eine schnelle Beurteilung der Kritikalität von Schadensfällen im Flottenbetrieb zu ermöglichen. Im Rahmen der aeroelastischen Analysen sind vor allem die Auswirkungen von Blending Reparaturen auf typische Kenngrößen wie die aerodynamische Dämpfung und Anregung von Interesse. Am Beispiel einer im Betrieb hoch ausgelasteten Schwingform wird eine potentielle Überlagerung mehrerer, für die Betriebssicherheit der Komponente kritischer, Effekte dargestellt. Um die Rechenzeiten für derartige Vorhersagen künftig zu verringern, werden zudem unterschiedliche Ansätze zur Reduktion der Simulationsaufwände verglichen.
This study explores the interplay between the UNESCO status and climate governance in World Heritage cities. With climate change posing significant threats to living urban landscapes, local governments and public actors strive to implement sustainable and resilient strategies. However, complications arise when cities attain the World Heritage status, complicating climate governance practices. Qualitative research, involving interviews with key stakeholders from the Climate and Monument Protection Departments in Lübeck, Regensburg, and Bamberg, reveals a negative impact of cultural heritage on climate governance. The study contends that, when harnessed effectively, cultural heritage can contribute to the sustainability and resilience of cities in addressing climate change. It emphasises the necessity for flexibility, collaboration, and a human-centric approach, advocating for a common understanding and prioritisation of human life within climate governance. In conclusion, this research underscores the importance of viewing heritage as a dynamic component integrated into cities' climate governance strategies.
Die vorliegende Arbeit behandelt für eine breite Klasse zweidimensionaler Variationsprobleme eine Existenz- und Regularitätstheorie, die der Lösung von Randwertproblemen partieller Differentialgleichungssysteme dient. Dabei werden bekannte Ergebnisse gründlich untersucht und umfassend aufgearbeitet. Teilweise wird eine geeignete Anpassung der Voraussetzungen einiger Resultate vorgenommen. Speziell wird die Theorie auf das Plateausche Problem für Flächen vorgeschriebener mittlerer Krümmung im R3 angewendet. Eingangs wird das Konzept der direkten Methoden der Variationsrechnung erläutert. Über einen fundamentalen Satz zur schwachen Unterhalbstetigkeit von Funktionalen wird die Existenz eines Minimierers für eine breite Klasse von Variationsproblemen nachgewiesen. Da die Existenztheorie in Sobolev-Räumen agiert, sind Untersuchungen zur Regularität eines Minimierers notwendig. Im Rahmen der Regularitätstheorie wird das Dirichletsche Wachstumstheorem von Morrey gezeigt, welches ein hinreichendes Kriterium für die Hölder-Stetigkeit einer Funktion X ∈ W1,2(G) liefert. Zum Nachweis der Anwendbarkeit des Dirichletschen Wachstumstheorems auf einen Minimierer wird ein Wachstumslemma verwendet. Dabei werden eine Verknüpfung des Dirichlet-Integrals mit Fourierreihen sowie das Dirichlet- Integral der harmonischen Ersetzung einer Funktion mit L2-Randwerten genutzt. Infolgedessen ergibt sich die Hölder-Stetigkeit im Inneren für einen Minimierer. Zudem wird die Stetigkeit des Minimierers bis zum Rand gezeigt, sodass die Existenz eines stetigen Minimierers für eine breite Klasse von Variationsproblemen gesichert ist. Anschließend erfolgt die Berechnung der ersten Variation sowie die damit verbundene Herleitung der schwachen Euler-Lagrange-Gleichung, welche eine Beziehung zur Lösungstheorie von Differentialgleichungen im Sinne des Dirichletschen Prinzips herstellt.
Ausgehend von der schwachen Euler-Lagrange-Gleichung wird die Hölder-Stetigkeit
der ersten Ableitungen eines Minimierers bewiesen. Für die Lösung von Randwertproblemen mit partiellen Differentialgleichungen zweiter Ordnung mithilfe der Variationsrechnung ist der Nachweis stetiger zweiter Ableitungen des Minimierers notwendig. Dabei wird der Fokus auf sogenannte Minimierer vom Poissonschen Typ gelegt. Eine C2,σ-Rekonstruktion, die auf der Schaudertheorie basiert, liefert in diesem Fall die gewünschte Regularität. In Anwendung dessen werden das Randwertproblem harmonischer Abbildungen in Riemannschen Räumen sowie das Dirichletproblem des H-Flächen-Systems behandelt, indem jeweils ein geeignetes Variationsproblem aufgestellt wird. Als Erweiterung des Dirichletproblems des H-Flächen-Systems wird das allgemeine
Plateausche Problem für Flächen vorgeschriebener mittlerer Krümmung mit den erarbeiteten Methoden der Variationsrechnung untersucht. Zudem wird das Plateausche Problem für Flächen vorgeschriebener mittlerer Krümmung in Kugeln, in Zylindern sowie insbesondere im Einheitskegel gelöst. Insgesamt wird eine ausführliche, in sich geschlossene und gut verständliche Existenzund Regularitätstheorie der zweidimensionalen Variationsrechnung zur Behandlung von Randwertproblemen partieller Differentialgleichungssysteme dargestellt, welche sich in besonderer Weise bei der Lösung des Plateauschen Problems für Flächen vorgeschriebener mittlerer Krümmung entfaltet.
This study describes the seasonal course of denitrifying and nitrate-reducing bacteria in a dimictic mesotrophic lake (Lake Scharmützelsee, Brandenburg, Germany) within a three-year period from 2011 to 2013. The bacterial cell numbers were quantified by the fluorescence microscopy, most probable number (MPN) and PCR-dependent quantification of the chromosomal 16S rDNA and of the nirS and nirK gene copy number. The highest seasonal differences (up to three orders of magnitudes) have been measured usingMPNin the epilimnion. This variation was not reflected by PCR-dependent approaches or direct microscopical enumeration. At adverse conditions (low temperature and/or low nitrate concentrations), the differences between MPN and gene copy numbers increased by up to five orders of magnitudes and decreased to one magnitude at favourable environmental conditions. These results can be explained best by an increasing ratio of viable but not cultivable (VBNC) cells or dead cells at impairing conditions. In the hypolimnion, the courses of MPN and nir gene copy numbers were similar. This can be explained by a higher feeding pressure and therefore smaller amounts of dormant cells. In the pelagial in general, the total cell numbers enumerated by either microscopical or molecular approaches were similar. In the sediment, more than 99% of the DNA was obviously not related to viable bacteria but was rather DNA in dead cells or adsorbed to particle surfaces.
Salvaging Buildings : reclaiming a livelihood from the excesses of Istanbul's mass urbanization
(2023)
Turkey’s demolition waste management is, to a great extent, dependent on çıkmacıs (reclaimers) who salvage condemned buildings for raw materials and architectural elements. Its urbanization history is full of key moments marked by building demolitions, which became a necessary material resource for informal urbanization. As early as the 1970s, the çıkmacıs helped the gecekondus [squatter houses] by supplying second-hand building materials and construction loans. They managed to turn a lack of infrastructure into an advantage and remain very adaptable to the ever-changing conditions of neo-liberalized urbanization. They depend on solidarity networks and other informal resources. Assemblage thinking helps to redefine the concept of informality, understand the relational dynamics between various actors, and focus on the agency of materials. The empirical data gained from ‘follow the thing’ ethnographic research in Turkey and Georgia reveals the double lives of çıkmacıs who move between village and city. Additionally, by following the example of a reclaimed window frame’s journey from Istanbul to Tbilisi, we can more clearly see the second-hand trade network in the context of urbanization and incremental architecture. In the context of waste’s materiality, the empirical part of the research shows the symbiotic relationship between çıkmacıs and the discarded demolition materials.
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.
Comparing hybrid urbanisms in the global south : water delivery configurations in Peru and Ghana
(2023)
Urban development processes in the Global South (and North) are often described as characterized by formal and informal practices of different actors and their respective material realities. In critical urban studies, the disposition for this binary conception of formal and informal urbanisms has been discussed for many years. To a certain extent, these sometimes align rather problematically with contrasting notions of the “structural” versus the “everyday.” In this article, we explore an understanding of formal and informal urban practices (and respectively “structure” and “everyday”) as always interrelated, and we develop a methodology for a comparative examination of such hybrid urbanisms. In doing so, we address a missing link in the surging theoretical debate on comparative/southern urbanisms, which has rarely been substantiated by methodological explorations. The adapted concept of “delivery configurations” combines analyses of actor networks, material realities, rules and regulations, discourses, and heterogenous arrays of urban practices of negotiating these. However, bringing together local particularities and structural commonalities and exploring their interrelation only provides a basis for understanding case‐specific complexities. We argue that embedding the analysis in a multi‐scalar comparative framework can further its analytical rather than descriptive attributes and provide deeper insights into issues such as social inequality. To illustrate our methodological contribution, we provide first insights from a comparative research
project of water delivery in different neighbourhoods in the secondary cities of Sunyani (Ghana) and Arequipa (Peru). We highlight the practical challenges of comparing diverse urban contexts and examining the rather complex relationships between infrastructure delivery, urban development, and social inequality.
Biomass and bioenergy perspectives of a coal region : status quo, potential and scenarios in Lusatia
(2023)
Coal has been one of the main fuels used in Europe. Its decreasing role due to the ongoing transformation of the energy system will create significant socio-economic challenges. The switch into renewable energy systems could be an alternative to maintain jobs and economic activities within the affected regions. Biomass use and bioenergy can play an important role in the energy transition. Instead of energy crops, forest and agricultural residues should be used as biogenic energy sources in the future to avoid impacts on land use and food security. The main objective of this article is to investigate the biomass potential of a coal region and to provide scenarios for the future development of bioenergy production. Due to the changing framework conditions and, as a result, the different biomass focuses, previous bioenergy potential estimates must be reviewed. The methods for determining the potential of biomass for energy production was used for Lusatia (in German: Lausitz), the second largest coal region in Germany. These methods can also be applied in other regions. As a first step, the regional status quo assessment of cultivated areas and yields had decisive relevance for calculating biomass potential ranges. In a second step, the current bioenergy facilities in the region were identified, with a focus on power and heat production. The third step was the estimation of future regional bioenergy use. Therefore, the regional potential was gathered with the generally supra-regional framework conditions. For this purpose, national scenario studies were used, which contain the relevant target values and framework conditions. Two scenarios were developed for future bioenergy estimations: a conservative path based on the current policies and a progressive path, derived from the goal of climate neutrality by 2045. The results show a qualitative comparison among both scenarios and the previously determined potential ranges. Bioenergy can probably contribute to achieving climate neutrality with an increase in wood-fired systems, while agricultural bioenergy potential is likely to decline. In the discussion section, however, the uncertainty of these results is pointed out, as future use of bioenergy will be heavily influenced by the regulatory framework, competition with material use and the influences of climate change.
The Iberian Peninsula comprises one of the largest boundaries between Mediterranean and Eurosiberian vegetation, known as sub-Mediterranean zone. This ecotone hosts many unique plant species and communities and constitutes the low-latitude (warm) margin of numerous central European species which co-occur with Mediterranean vegetation. Two of the main species found in this region are the Eurosiberian European beech (Fagus sylvatica L.) and the Mediterranean Pyrenean oak (Quercus pyrenaica Willd.). It remains unclear how the different physiological and adaptive strategies of these two species reflect their niche partitioning within a sub-Mediterranean community and to what extent phenotypic variation (intraspecific variability) is driving niche partitioning across Eurosiberian and Mediterranean species. We quantified functional niche partitioning, based on the n-dimensional hypervolume to nine traits related to resource acquisition strategies (leaf, stem and root) plus relative growth rate as an additional whole-plant trait, and the environmental niche similarity between Pyrenean oak and European beech. Further, we analyzed the degree of phenotypic variation of both target species and its relationship with relative growth rates (RGR) and environmental conditions. Plant recruitment was measured for both target species as a proxy for the average fitness. Species’ functional space was highly segregated (13.09% overlap), mainly due to differences in niche breadth (59.7%) rather than niche replacement (25.6%), and beech showed higher trait variability, i.e., had larger functional space. However, both species shared the environmental space, i.e., environmental niches were overlapped. Most plant traits were not related to abiotic variables or RGR, neither did RGR to plant traits. Both target species share similar environmental space, however, show notably different functional resource-use strategies, promoting a high complementarity that contributes to maintaining a high functionality in sub-Mediterranean ecosystems. Therefore, we propose that conservation efforts be oriented to preserve both species in these habitats to maximize ecosystem functionality and resilience.
Linking functional composition moments of the sub-mediterranean ecotone with environmental drivers
(2023)
Functional trait-based approaches are extensively applied to the study of mechanisms governing community assembly along environmental gradients. These approaches have been classically based on studying differences in mean values among species, but there is increasing recognition that alternative metrics of trait distributions should be considered to decipher the mechanisms determining community assembly and species coexistence. Under this framework, the main aim of this study is to unravel the effects of environmental conditions as drivers of plant community assembly in sub-Mediterranean ecotones.
We set 60 plots in six plant communities of a sub-Mediterranean forest in Central Spain, and measured key above- and belowground functional traits in 411 individuals belonging to 19 species, along with abiotic variables. We calculated community-weighted mean (CWM), skewness (CWS) and kurtosis (CWK) of three plant dimensions, and used maximum likelihood techniques to analyze how variation in these functional community traits was driven by abiotic factors. Additionally, we estimated the relative contribution of intraspecific trait variability and species turnover to variation in CWM. The first three axes of variation of the principal component analyses were related to three main plant ecological dimensions: Leaf Economics Spectrum, Root Economics Spectrum and plant hydraulic architecture, respectively. Type of community was the most important factor determining differences in the functional structure among communities, as compared to the role of abiotic variables. We found strong differences among communities in their CWMs in line with their biogeographic origin (Eurosiberian vs Mediterranean), while differences in CWS and CWK indicate different trends in the functional structure among communities and the coexistence of different functional strategies, respectively. Moreover, changes in functional composition were primarily due to intraspecific variability. We observed a high number of strategies in the forest with the different communities spreading along the acquisitive-conservative axis of resource-use, partly matching their Eurosiberian-Mediterranean nature, respectively. Intraspecific trait variability, rather than species turnover, stood as the most relevant factor when analyzing functional changes and assembly patterns among communities. Altogether, our data support the notion that ecotones are ecosystems where relatively minor environmental shifts may result in changes in plant and functional composition.
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.
Morphological and optical properties of a multilayer film (CAZO/CZAO/ZACO) prepared by spin-coating method and deposited on a glass substrate were evaluated. The study was initially carried out for each layer, individually and then as a multilayer subsequently. Structural properties using X-ray diffraction (XRD), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), infrared spectra (IR) and X-ray photoelectron Spectroscopy (XPS) showed the presence of three phases of zinc, copper and silver oxides at different levels. The CZAO sample observed with scanning electron microscope (SEM) showed an excellent porous surface with a large deformation in the multilayer configuration. Doping with zinc and copper in the silver crystal lattice improved the crystal structure and reduced the optical energy gap, thus increasing the optical absorbance and refractive index. The dielectric constants and showed an increase in the optical polarization values for lower photonic energies. The maximum degradation rate for photocatalysts of methylene blue was 89 % for a 5-h exposure period with CAZO/CZAO/ZACO while it reached 71 % for the CZAO sample during the same time period. The sensitivity of samples to light proved that the presence of ultraviolet radiation increases the number of holes trapped by oxygen ions and causes more free electrons and contribute to a better production of photocurrent than in darkness.
1. Zweite Änderungssatzung zur fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Biotechnologie (B. Sc.) vom 15. März 2024
2. Lesefassung: Fachspezifische Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Biotechnologie (B. Sc.) vom 30. Juli 2018 (AMbl. 15/2018) i. d. F. der Zweiten Änderungssatzung zur fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Biotechnologie (B. Sc.) vom 15. März 2024
1. Erste Änderungssatzung zur fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für
den Bachelor-Studiengang Medizintechnik vom 15. März 2024
2. Lesefassung: Fachspezifische Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Medizintechnik vom 04. Oktober 2022 i. d. F. der ersten Änderungssatzung zur Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Medizintechnik vom 15. März 2024
A contribution to the online monitoring of partial discharges in high-voltage grid components
(2024)
Increasing utilization of HV power cable lines, and particularly the advent of long HVDC underground links, results in the need to sensitively monitor their condition, such as by tracking the emergence and development of partial discharges. This study demonstrates that existing solutions are poorly suited to the case of HVDC lines, and that a new, more sophisticated monitoring system needs to address a wide array of diverse problems. First of all, the overview of the task and main functional blocks of the monitoring system is given. Following this, selected blocks are subject to detailed examination in subsequent chapters.
The first of these blocks, a high-frequency current transformer (HFCT), is responsible for capturing the signal in the power line and transferring it to the electronics. This component receives in-depth coverage: general design considerations, computation of leakage inductance, operation in presence of a power current, resonant behavior, balanced design. Particular attention is given to the application of Finite Element Analysis (FEA) in relation to the HFCT, however, the demonstrated techniques can also be applied to other magnetic devices. Last section of the chapter presents various stages of development, experimental setups, prototypes, and the final device which has been put into series production.
The next block addresses extraction of signals from noise. A literature analysis is conducted concerning noise suppression in partial discharge recordings, and the application of the signal separation approach based on Linear Predictive Coding is shown.
In the section on localization, examples illustrating problems encountered during the development of a partial discharge localization algorithm are presented.
In the chapter devoted to laboratory tests, various auxiliary experiments conducted during the system's development are compiled, where some of them are: Time Domain Reflectometry (TDR) TDR-based line characterization, estimation of monitoring sensitivity, measurement of the cable attenuation and reflection coefficients of the accessories.
In the final chapter – field tests – the installation of the system on a 110 kV line and the measured transfer function are demonstrated.
Kleinstädte stehen vor der Herausforderung, die Lebensqualität und die Lebenszufriedenheit ihrer Bewohner:innen zu verbessern. Dabei sind subjektive Wahrnehmungen oft wichtiger als objektive Maßstäbe. Im Rahmen dieser Studie werden deshalb die Attraktivitätsfaktoren von Kleinstädten untersucht, die dazu beitragen, die Lebensqualität der Bürger:innen zu fördern. Um ein realistisches Bild auf die Anforderungen der Bewohner:innen zu erhalten, ist es wesentlich, die tatsächlichen Aktivitätsräume der Kleinstadt-Bewohner:innen zu betrachten. Mit Blick auf die individuelle Beurteilungs- und Einstellungsebene der Bürger:innen wird deshalb eine erweiterte geografisch-räumliche Perspektive eingenommen. Für Bürger:innen ist im Rahmen ihres Well-Beings der Raum entscheidend, in dem sie sich normalerweise bewegen. Ihr Radius überschreitet dabei typischerweise die Grenzen der eigenen Kleinstadt und bezieht das nähere regionale Umfeld mit ein. Vor diesem Hintergrund wurde in dem Projekt die Frage adressiert, wie die spezifischen Eigenschaften von Kleinstädten sowie ihr regionales Umfeld die Lebensqualität und Zufriedenheit ihrer Bewohner:innen im Vergleich zu Großstadtbewohner:innen beeinflussen. Um diese Frage zu beantworten, wurde eine Kombination aus qualitativer und quantitativer Forschung angewendet. Im ersten Schritt wurden zwei Fokusgruppendiskussionen in einer dezentral gelegenen Kleinstadt bzw. einer zentral gelegenen Kleinstadt durchgeführt. Im zweiten Schritt erfolgte eine quantitativ orientierte Fragebogenstudie in diesen beiden Kleinstädten und in einer Vergleichs-Großstadt, bei der insgesamt 1.144 Personen befragt wurden. Dabei wurden Daten zur Attraktivität der Städte, ihres regionalen Umfelds und zur Lebensqualität und Zufriedenheit der Bewohner:innen von Kleinstädten im Vergleich zu Großstädten erhoben und analysiert. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass Bürger:innen sowohl lokale als auch regionale Angebote nutzen und sich v.a. im Hinblick auf Bedürfnisse des Alltags und der (Grund-) Versorgung Angebote in der Nähe ihres Wohnorts wünschen. Die untersuchten Kleinstädte weisen dabei in Bezug auf Qualitätsfaktoren wie z.B. die Umwelt- und Wohnqualität eine höhere Attraktivität aus Sicht der eigenen Bewohner:innen auf als die betrachtete Großstadt. Die Studie hat gezeigt, dass Kleinstädte durch die Nutzung regionaler Ressourcen und die Integration digitaler Möglichkeiten eine hohe Lebensqualität bieten können, obwohl sie selbst nicht immer alle benötigten Angebote vorhalten können und dass die Lebenszufriedenheit in den Kleinstädten zum Teil höher ist als in der betrachteten Vergleichs-Großstadt. Gerade zentral gelegene Kleinstädte können dabei von der Nähe zu größeren Städten und den damit verbundenen Vorteilen profitieren. Langfristig spielt auch die Digitalisierung eine Rolle, indem sie den Zugang zu entfernten Dienstleistungen und Produkten erleichtert und bestehende Nachteile von Kleinstädten mit Blick auf ihre Ausstattung abmildern kann.
Die Basis der gegenwärtigen und zukünftigen pflegerischen Entwicklung wurzelt im fortlaufenden Prozess der Aktion und Reflexion. Der Dialog zwischen „Praxis“ und „Theorie“ als Fundament der Begegnung mit anderen und sich selbst, mit denen täglich auf implizite, intuitive und tazide Wissensbestände zurückgegriffen wird, in der die Kunst darin besteht, sich reflektierend Wissens- und Erfahrungsbeständen anzunähern. In einer Pflegewelt, in denen Praxisanleiter_innen im WIR-DU-ICH sich unserer Verantwortung bewusst sind, in denen Du die pflegerischen Situationen einschätzt und ich als Praxisanleiter_in mit dem Team pädagogische Prozesse mit ausgestalte, als mein gesellschaftlicher pflegerischer Auftrag, mit dem Ziel Menschen in den jeweiligen Lebensphasen begleiten zu können. Praxisanleiter_innen reflektieren „Selbstverständliches“ während ihrer pflegerischen Beziehungsgestaltung mit dem zu Pflegenden, so dass die angehenden Pflegenden, Anhaltspunkte in konkreten pflegerischen Situationen für die Entscheidungsprozesse erhalten. Mit dem zugrundeliegenden Subjektverständnis einer demokratischen Bildungsarbeit verstehen sich alle Beteiligten als sich stetig entwickelnd. Exemplarische Grundlage der Bildungsarbeit bieten die 10-jährigen Erfahrungsbestände in der Bildungspraxis an einer brandenburgischen Hochschule, die illustriert wie sich bspw. die Studierenden, die Praxisbegleiter_innen und die Praxisanleiter_innen auf den Lernort „Praxis“ vorbereiten, so dass Kompetenzen gefördert und gestärkt werden. Mit einer Vision der Zukunft schließt der gegenwärtige Entwicklungsprozess aller Beteiligten mit der Handreichung für Praxisanleiter_innen zur Begleitung berufspraktischer Studienphasen ab. Das Schreiben ist formell abgeschlossen, aber der informelle Dialog wird fortgesetzt, um die aktuelle Situation aufrechtzuerhalten.
Plenty of semiconductor devices are developed to operate with private data. To guarantee data privacy cryptographic algorithms are used, where the secrecy is based on the used keys. Theoretically, the cryptographic algorithms using keys with recommended lengths are secure. The issue is that a potential attacker can steal the devices and attack in a lab. Physical attacks are usually aimed to perturb normal operation of a device and to extract cryptographic keys, e.g. by means of fault injection (FI). One class of FI attacks exploits the sensitivity of semiconductor devices to light and are performed using a laser as the light source.
This work investigates the sensitivity of different logic and memory cells to optical Fault Injection attacks. Front-side attacks against cells manufactured in different IHP technologies were performed using two different red lasers controlled by Riscure software. To reach the repeatability of the experimental results and to increase the comparability of the results with attack results published in literature the setup parameters as well as setting parameters of the Riscure software were experimentally evaluated. Attacks were performed against inverter, NAND, NOR, flip-flop cells from standard libraries, radiation-hard flip-flops based on Junction Isolated Common Gate technique, radiation-tolerant Triple Modular Redundancy registers as well as non-volatile Resistive Random Access Memory (RRAM) cells. The results of attacks against volatile circuits were successful transient bit-set and bit-reset as well permanent stuck-at faults. The results of attacks against RRAM cells were successful in the sense that manipulation of all RRAM logic states was feasible. The faults injected during the performed experiments were repeatable and reproducible.
The goal of this work was not only to achieve successful FI but also to determine cell area(s) sensitive to laser illumination. Knowledge about areas sensitive to laser illumination can be used by designers to implement corresponding countermeasure(s) at the initial stage of chip development and is the necessary step to design appropriate countermeasures. For example, metal fillers can be applied as optical obstacles reducing the success of front-side FI attacks, i.e. as a possible low-cost countermeasure. Based on the knowledge of the sensitive cell areas, the placement of the metal fillers can be automated in the future, i.e. the findings given in the work can serve as a basis for a methodology development for improving resistance against optical FI attacks at the initial stage of chip development. Such methodology can be adapted for each chip manufacturing technology.
The 'cultural appropriation' of traditional textiles from Mexico : an analysis of 3 case studies
(2023)
This doctoral thesis intended to examine the phenomenon of ‘cultural appropriation’ of traditional textiles from Mexico through an analysis of 3 case studies. This research had the objective of understanding the phenomenon through the relationships, perspectives, and discourses of the social actors involved, by following the development of controversies involving different objects of material culture from different communities: the xaam nïxuy Ayuujk (Mixe) blouse from Santa Maria Tlahuitoltepec, Oaxaca; the Hñuhú and Hñahñ (Otomi) “Tenango” embroideries from the communities of Tenago de Doria and San Nicolas in Hidalgo; and the mestizo gabanes from Santa Clara del Cobre and Nahuatzen in the State of Michoacán.
This doctoral examination was sustained through theoretical approximations that located the occurrences within transnational/ transcultural processes, engaging with qualitative methodologies and multi-sited ethnographies in order to obtain data that elucidated on the diversity of objects, actors, relationships, understandings, perceptions, values, and discourses involved in the ‘cultural appropriation’ of traditional textiles controversies in the country.
The content analysis of this doctoral research dissected a number of different processes, effects, and consequences of the phenomenon as it developed in dissimilar locations and periods of time. The examination revealed a complex intersection of meanings, productions, circulations, and consumptions of culture, that simultaneously affected cultural meanings, relationships, and processes, raising concerns over the management of traditional textiles as objects of cultural heritage, and the unviability of protecting communal creative domains through national legal mechanisms.
The development of computer technologies allows using numerical simulations in the early stages of aircraft design more and more often. The role of both wind tunnels and initial test flights used to validate of solutions seems to be diminishing. Big systems for three-dimensional simulations of Fluid-Structure Interactions (FSI) constitute highly specialized and costly software. Most of the codes are based on many simplifications. One of them is the assumption of linearity of the structural model being in contradiction with real-life situations. The postdoctoral dissertation presents the results of simulations for complex, multi-scale objects and non-linear structure models and extended structure testing in relation to damage in macroscale analysis. What is crucial for carrying out the assumed analyses is to extend a numerical tool comprising a flow and a structural program and a space grid deformation model for a system allowing to take into consideration the non-linearity of the structure. The point of reference for testing the suggested approaches are the existing solutions of the aeroelastic linear problems. Results of the recent research might be applied for the construction of increasingly common unmanned aerial vehicle (UAV). Modern structure is a key element that affects the basic parameters as mass or range of these vehicles. Until now the research and development of the aeroelastic calculation algorithm for commonly used materials in the framework of linear geometry and linear-elastic material behavior was used. The current developments of materials for light-weight design common use of 3D printing technology causes the increasingly widespread use of new alternative materials in the aviation industry. This is particularly true for the design and construction of UAV, where the basic requirements are the lightness of the structure and the maximum range. Unfortunately, the fulfillment of the above criteria means that the materials used are often loaded not only in a elastic range but also more often above this limit. In case of analyzing aeroelastic phenomena for a loaded structure we should take a closer look at the behavior of the material outside the elastic range in which the damage occurs. The process of destroying in the face of such dangerous phenomena as flutter in aircraft constructions requires a deeper analysis of the mechanics of materials, in particular for new materials and their manufacturing techniques. As part of joint experiments and numerical simulations, detailed research was carried out to describe the behavior of printed materials, which will be increasingly used in the design of aircraft structures. Extending the postdoctoral dissertation with the research carried out at BTU will allow further development of the existing FSI algorithm, taking into account the structural behavior more accurately and the possibility of predicting damage processes.
The contribution of community involvement in heritage management : a cultural mapping project
(2023)
Heritage has been lately the matter of debate regarding its definition, conservation and management approaches. In the last few years, there has been an increasing demand for the involvement of the local community in heritage management. Too often, the involvement perspectives of key stakeholders in general and the community members, in particular, are entirely different. While the theoretical ground of community involvement is somehow well set, heritage management has been slow in applying the involvement approach. Practically, it is not easy to find the balance to achieve all the goals of key stakeholders in any involvement project. Subsequently, there are a few numbers of empirical works on the practical implications of understanding heritage management effective tools and limited indication to convince recent ‘power-holders’ such as governmental organizations to distribute their power with local community members.
This doctoral research project explores community involvement in heritage management as an effective solution to building a strong management system. The study aims to examine the level and the quality of involvement in the management of heritage sites in general through a cultural mapping-based approach. This is applied to a case study which is the Religious Complex in Historic Cairo World Heritage Site. The research outcomes indicate the importance of involving the local community in heritage management and planning processes. Ultimately, the study provides critical empirical evidence and draws valuable theoretical and practical assumptions that spread knowledge of cultural mapping in critical issues, such as the drivers of involvement and cooperative decision-making.
Brain-computer interfacing (BCI) is a relatively new field of study that involves engineering, neuroscience, psychology, and physiology. A BCI is a system that allows direct communication between the brain and the environment, using signals from electroencephalography (EEG) to identify a user's intentions and mental states. This can be used for human-machine interaction (HMI) to adapt software or control a device. Particularly passive BCIs are the most promising for the general population, as they can detect and interpret a user's mental state without requiring their attention. This can enable neuroadaptive technology (NAT), which allows a machine to learn over time how the user perceives and interprets the world. However, there are still obstacles to be overcome before BCI technology can be applied in real-world situations for NAT.
In this work I firstly address the issue of subject dependence in training data collection for classifier calibration, which can be time-consuming and impractical. I investigated the training of a subject-independent predictive model that is trained on a group of other users' data and applied to online-testing data of a new person. This was done in the context of training an automatic classifier for error detection and correction. Results showed that a classifier model can be trained without user-specific calibration and with high accuracy. The number of electrodes used in training the model was also reduced. Further it was validated that the trained classifier models were based on cortical sources and not other modalities.
In a second study I address the issue of task-dependence. To that end I tested the application of a potentially task-independent calibration paradigm for mental workload assessment in a new task. This new task was a speed reading context, where subjects read texts of varying difficulty and speed. The study found that the mental workload prediction model was accurate in classifying mental workload in different reading tasks, indicating that it can be used as a task-independent classifier for mental workload.
In a third study I examine if it is possible to measure neural correlates of human moral assessment using a passive BCI on a single-trial basis. A calibration paradigm was developed using pictures that were ranked as morally unacceptable and morally neutral. However, the results showed low classification accuracies and it was not possible to reliably distinguish between a user's subjective moral evaluations on a single-trial basis using current classification approaches.
The results presented in this thesis provide solutions towards real-world applicability of NAT enabled by passive BCIs, as examples of a subject-independent and a task-independent classifier are demonstrated and discussed. Further, approaches for increased versatility of passive BCI technology are presented, that could make passive BCIs more feasible for use in future real-world human-machine interaction settings.
Die vorliegende Studie möchte einen Beitrag zur Erforschung der Frage leisten, inwiefern Rechtsformwechsel bei Stiftungen Auswirkungen auf das Commitment der Beschäftigten haben. Der Fokus liegt dabei auf den Wechselabsichten des Personals beziehungsweise auf dem Absentismus. Im Rahmen einer qualitativen Forschung wurden drei Stiftungen betrachtet, in denen ein Rechtsformwechsel stattgefunden hat. Die Untersuchung wurde mittels Expert/-inneninterview durch eine semistrukturierte Befragung anhand eines Interviewleitfadens durchgeführt. Die Auswertung der Daten erfolgte durch eine qualitative Inhaltsanalyse per QDA-Software. Dabei konnte festgestellt werden, dass bei Einhaltung der Maßnahmen zur Stärkung des Commitments wenige und dann nur positive Auswirkungen zu erkennen sind, da sich Fehlzeiten und Absentismus nicht wesentlich veränderten. Für die Praxis ist relevant, dass die Vorteile der Änderung der Rechtsform einer Stiftung gegenüber den Risiken überwiegen. Weitere Forschungsbedarf,besteht hinsichtlich des nachlassenden Engagements beim Personal im Hinblick auf Änderungen.
Cities are major contributors to climate change and biodiversity loss, and at the same time particularly affected by some of their consequences. Urban green can help address these challenges and provide numerous other benefits to people. Economic valuation can estimate the value that people assign to these diverse urban ecosystem services. The environmental economics literature uses several valuation methods. This work examines the valuation of urban ecosystem services with choice experiments. It includes five articles that use empirical analysis to address three overarching research goals: First, to improve understanding of the value of urban ecosystem services to urban residents. Second, to contribute to improving the validity of choice experiments. Third, to develop modeling of spatial patterns in the value of urban ecosystem services.
Chapter 1 describes the background and motivation of the valuation of urban ecosystem services with choice experiments, gives an overview over the relevant literature, and sets out the research objectives and methods of this dissertation.
Chapter 2 presents a choice experiment on green spaces, street trees and green roofs in Bremen. It analyzes the effect of additional information that these measures are part of a climate adaptation strategy. The results show greater willingness to pay among informed respondents. Part of the effect can be explained by a higher credibility of the survey.
Chapter 3 describes a choice experiment on urban gardens in Berlin and Stuttgart. It explores how respondents process the information provided in the questionnaire. It finds that questions about the information do not significantly affect either recall or the responses in the choice experiment.
Chapter 4 is based on choice experiments on street trees, green spaces, and greenways in four German cities. It examines how choice experiment surveys should elicit perceived consequentiality. The results show advantages of elicitation before the choice experiment over the usual elicitation afterwards.
Chapter 5 explores how valid policy makers perceive the results of choice experiments on urban green in several German cities, and what consequences this has for their use of the results. Interviews show that most policy makers use the results in their city to raise awareness or justify positions. Perceptions of validity are mixed, but do not play a major role in this type of use.
Chapter 6 examines the spatial distribution of the value of urban ecosystem services using choice experiments on green spaces, urban trees, green roofs, and green facades in Berlin and Leipzig. It develops and tests new choice models that may better represent than the common approach how the value of urban green space decreases with distance.
Based on the findings of the articles, Chapter 7 derives recommendations for practitioners of choice experiments and for urban green policy makers. Finally, it identifies research gaps that would be promising for future studies.
There are many names we use to call them, like the (original) Wireless Sensor Networks, Wireless Sensor and Actuator Networks, Internet of Things, Cyber-Physical Systems, Cyber-Physical Systems of Systems, and some others. More or less visible, wireless sensor networks are already applied in many aspects of our lives and for different purposes. During the 20 years of Fachgespräch Sensornetze (FGSN) we were able to observe the process of the birth and evolution of wireless sensor networks. What do they look like now, from that time perspective? Is there still room for research andimprovements? Or are they maybe already that mature that everything has already been said? And what do they look like from the industry point of view? What is the future of sensor networks? Where are they heading? These retrospective and perspective views are the central topic of the 20th edition of the Fachgespräch Sensornetze (FGSN 2023) held on the 4th of September 2023 at Hasso-Plattner-Institut as part of the NetSys 2023 conference in Potsdam. We were happy to meet again, to discuss these subjects within the scientific community. The aim of this series of Fachgespräch is to give scientists from academia and industry the opportunity for an informal exchange of ideas and to strengthen cooperation in this multidisciplinary research area.
In den letzten Jahren erkannten Unternehmen zunehmend die Bedeutung der Entwicklung ihrer Talente, doch eine klare Handlungsstrategie dazu fehlt. Basierend auf dieser Problemstellung entwirft die vorliegende Forschungsarbeit in Form des Nachwuchs-Entwicklungs-Index (NEX) eine praktische Evaluation sowie einen zweckdienlichen Leitfaden zur Integration einer strategischen Nachwuchs-Entwicklungs-Struktur.
Die Forschung zum NEX sah hierfür 3 Forschungsschritte vor: Eine Literaturrecherche, die Experteninterviews sowie die quantitative Indexdefinition.
Damit verbunden wurden folgende Forschungsfragen zur Eingrenzung des Vorhabens festgehalten:
- Sind individuelle Faktoren, welche das individuelle Beziehungsmanagement zu einem Nachwuchsmanager berücksichtigen, entscheidend für die professionelle Nachwuchsmanagemententwicklung?
- Welche Faktoren sind als Ergänzung zum Personalmanagement-Professionalisierungs-Index (PIX) entscheidend für die professionelle Nachwuchsmanagemententwicklung?
- Welche Handlungsempfehlungen entstehen anhand des NEX je nach Reifegrad eines Unternehmens?
Die ersten beiden Forschungsphasen, der theoretischen Aufarbeitung sowie der qualitativen Überprüfung und Eingrenzung der Themenfelder durch Experteninterviews, zeigen auf, dass die Entwicklung von Führungstalenten eine hohe Relevanz im Unternehmensalltag hat. Die quantitative Aufarbeitung dieser Grundlagen hatte einen Index zur Folge, welcher 95 Items umfasst und sich in strukturelle Items (PIX-Ursprung) und personelle Items (eigens entwickelt) unterteilte. Zur Validierung dieser Items wurde eine quantitative Online-Befragung umgesetzt. Schlussendlich konnten N = 159 auswertbare Datensätze zur Quantifizierung des NEX herangezogen werden. Parallel zur Methodik des PIX wurde eine Hauptkomponentenanalyse durchgeführt, um die wesentlichen Komponenten des NEX zu können.
Im weiteren Verlauf zeigten sich zwei übergeordnete Komponenten sowie 16 Frageitems als entscheidend für den NEX. Mit der höchsten Ladung können die folgenden Items beispielhaft als bedeutende Aspekte herangezogen werden:
- Die einzelnen Prozesse des Personalmanagements sind hinreichend miteinander verzahnt.
- Der Kernprozess zum Personaleinsatz ist im Unternehmen eindeutig festgehalten.
- Der Kernprozess zur Personalplanung ist im Unternehmen eindeutig festgehalten.
Im Zusammenhang mit der personellen Komponente sind folgende Maßnahmen beispielhaft wichtige Aspekte, um eine professionelle Nachwuchs-Entwicklungs-Strategie abzubilden:
- Über ein Alumni-Netzwerk wird Kontakt zu ausgeschiedenen Mitarbeitern gehalten.
- Die subjektive Mitarbeiterzufriedenheit wird bei der Mitarbeiterbeurteilung berücksichtigt.
- Mit jedem Mitarbeiter, der aus dem Unternehmen ausscheidet, wird ein strukturiertes Kündigungsgespräch geführt.
Die Ergebnisse ermöglichen es Unternehmen, zukünftig mit einem ökonomisch überschaubaren Aufwand erste Einblicke über den Stand der Professionalisierung ihrer eigenen Nachwuchs-Entwicklungs-Arbeit zu erhalten.
This thesis is dedicated to the structured sheet metals topic. Structured sheet metals are semi-finished products with the honeycomb (cell) shape, made by cold forming of the flat sheets. They represent an innovative technology in the field of lightweight construction. In recent years, this technology has undergone dynamic development what gives to researchers possibilities to improve the level of knowledge about structured sheets metals properties and explore new application fields for them.
The structuring improves basic properties, such as stiffness, compared to the flat sheet material. Due to these advantages, the use of structured sheet metals offers enormous innovation potential for efficient lightweight construction in many industrial sectors such as aerospace, rail transport technology, architectural products. Structured sheets have already been implementing in lighting technology, in the manufacture of household appliances and even in automotive industry. So that, the question arises if it possible to apply this kind of material successfully in other areas such as building industry.
This work contains an overview of the lightweight constructions historical development and stiffening elements in the steel industry, also the creation process of structured sheet metals, manufacturing investigated specimens, further bending tests, numerical simulations, analysis and comparison of resulting data and possible further use of lightweight beams with structured sheet elements as a building construction.
In this work beams compound of structured and flat plates are investigated. Steps of structured plates manufacturing process are described: hydroforming, point- and laser welding and bending. As a result, lightweight beams of two main shapes are manufactured: C- and square sectioned. There are four types of beams for each of the shapes are investigated. Every type has same geometrical dimensions, but thicknesses vary.
The series of laboratory tests with created beams under load is made. Three- and four-points bending tests are chosen for that.
This work also presents numerical analysis based on conducted experiments: buckling and global non-linear behavior of specimens by use of the software package ABAQUS/CAE are obtained. The behavior of the beams with structured and flat sheets under load is analyzed and the comparison of parameters such as load bearing capacity and stiffnesses is made.
Finally, in addition to laboratory and simulations, parametric modelling is done. Also, based on parametric calculations, the proposal for calculation the beams stiffness for with higher thicknesses is given. It allows to predict the behavior of beams with structured sheets with different thicknesses without manufacturing and conducting the expensive and time-taking laboratory experiments.
In conclusion, the recommendations for the simplifying of manufacturing process and for the improving of the beams stiffnesses are given.
With the increasing consciousness of the value of wetland ecological and environmental functions and its fast rate of decline in the size of this important and rich ecosystem globally, the Niger Delta ecosystem has been reported to be undergoing tremendous change, hence the need for this research, to identify the challenges and proffer solutions. This study focuses on ascertaining if a change has occurred in the Upper Orashi Forest Reserved wetland, to know and evaluate the policies used in managing the wetland in the region and Nigeria. To ascertain the wetland change, land cover change detection was carried out using Geographic Information Systems and Remote Sensing to produce paradigm or data to detect change occurrence in the wetland area. Supervised classification of land use and land cover change was carried out using LANDSAT data from 2002, 2008, and 2019. Thereafter, the land cover transition was mapped for the period 2002 to 2019 and this was computed for the net land cover change for the period of study. The site was classified into three different classes and each class was analyzed using the land use and land cover change model formula. The result from this part shows that there is a consistent decrease in the wetland area for the period under review and in the other two identified classes, some interchangeable compositions were observed for the period of study. To validate this result, the opinion of experts and the host community is needed. Two sets of questionnaires were designed for experts and local community dwellers to sample their opinion in relation to the wetland and its management. The information collected was analyzed using Microsoft excel and the result shows that changes have occurred in the wetland of Upper Orashi Forest (decrease in size and other challenging issues with respect to policies and regulations). This study has identified critical challenging issues facing wetlands in the region or driving factors of wetland loss in the study area. Thereafter making recommendations that will help address these issues to actualize environmental sustainability and sustainable wetland in the region and Nigeria at large.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erweiterung der Vereinfachten Fließzonentheorie, welche ein effizientes Verfahren zur Abschätzung von Zustandsgrößen im Einspielzustand ist. Die wesentlichen Erweiterungen werden im Bereich der Mehr-Parameterbelastungen und in der Verwendung von Theorie II. Ordnung beschrieben.
Bei der Berücksichtigung von paarweise auftretenden Lastfällen (Ein-Parameterbelastungen) hat sich das Verfahren bereits bewährt und wird in dieser Arbeit für die Berücksichtigung von beliebig vielen Lastfällen (Mehr-Parameterbelastungen) erweitert. Es wird in numerischen Untersuchungen nachgewiesen, dass eine paarweise Betrachtung von Lastfällen gegenüber der Mehr-Parameterbelastung zu Fehleinschätzungen der Beanspruchungen führen kann. Die Berücksichtigung aller beteiligten Einwirkungen durch Mehr-Parameterbelastungen in der Vereinfachten Fließzonentheorie liefert einen effizienten und detaillierten Einblick in elastisch-plastisch beanspruchte Tragwerke im Einspielzustand. (DFG-Projektnummer: 286671283)
Schlanke Tragwerke, bei denen die Struktursteifigkeit durch Membranspannungen beeinflusst wird, erfordern eine Berechnung nach Theorie II. Ordnung. Bei unter Druck stehenden Rohrleitungen und insbesondere bei dünnwandigen Rohrbögen können signifikante Steifigkeitseffekte beobachtet werden. Treten zusätzlich zyklische und überelastische Beanspruchungen auf, interagiert die geometrische Nichtlinearität und die Materialnichtlinearität. Um dem daraus entstehenden hohen Berechnungsaufwand entgegenzutreten, wird eine Technik vorgestellt, die es ermöglicht, die Vereinfachte Fließzonentheorie unter Berücksichtigung von Theorie II. Ordnung zu verwenden. An numerischen Untersuchungen wird gezeigt, dass diese Weiterentwicklung der Vereinfachten Fließzonentheorie eine hohe Qualität der Ergebnisse bei deutlich geringerem Berechnungsaufwand liefert. (DFG-Projektnummer: 416907346)
This thesis summarizes the author’s developments of combustion models and multi-objective optimization methods for gasoline and diesel engines. The combustion models belong to the family of zero-dimensional stochastic reactor models introduced in the 1990s to improve the prediction of emissions with detailed chemistry in partially stirred reactors.
The first part introduces the fundamentals of the physical and chemical models describing the combustion process. As a novelty, k−ε turbulence models were implemented in the stochastic reactor model to predict the turbulent time and length scales in gasoline and diesel engines. This development allowed an improvement of the models for convective heat transfer, fuel evaporation, gas exchange across the valves, turbulent flame propagation and crevice flow, which depend on the turbulent time and length scales.
In the second part, the multi-objective optimization platform for automatic training of the stochastic reactor model is presented. The optimization method considers multiple operating points to find a set of model parameters that predict performance and emissions over the entire engine map. The Non-domination Sorting Genetic Algorithm II is combined with the stochastic reactor model and response surface models to find the best Pareto front. Multi-criteria decision making is used to select the best designs from the Pareto front.
Finally, the third part of this thesis deals with the validation of the stochastic reactor model and the multi-objective optimization platform. For this purpose, experiments of two single-cylinder research engines with spark ignition, one passenger car engine with compression ignition and one heavy duty engine with compression ignition are used. For the spark ignition engines, a set of model parameters was found that predicts well the power and emissions over the whole engine map. The calculated turbulent kinetic energy, dissipation, and angular momentum follow the trends of the three-dimensional computational fluid dynamic simulations to a good approximation for various operating points. For the two compression ignition engines, the prediction of combustion progress and nitrogen oxide emissions are in good agreement with the experiments. Larger discrepancies were found for the prediction of carbon monoxide and unburned hydrocarbon. Optimization of the soot model parameters improves the prediction of soot mass for operating points throughout the engine map.
Stetig steigende Leistungen der Leistungsverstärker in den Sender-Empfängermodulen zwingen den rauscharmen Verstärker zu einem immer höheren Schutz am Eingang. Aufgrund hoher Durchbruchspannungen bieten GaN HEMTs eine robuste Eingangsstufe, womit ein Schutz des LNA Eingangs und die damit verbundene Verschlechterung der Rauschzahl unnötig wird. Allerdings nützte dieser Schutz nicht allein den rauscharmen Verstärker, da nachfolgende Stufen durch die hohen Ausgangsleistungen der GaN LNAs zerstört werden können. Daher widmet sich diese Arbeit der Untersuchung von robusten rauscharmen GaN Verstärkern sowie verschiedener Schaltungen zum Schutz der nachfolgenden Stufen vor einer zu hohen Eingangsleistung, wobei die Rauschzahl unbeeinflusst bleiben soll.
Da eine robuste Eingangsstufe relevant für diese Arbeit ist, wurden neuartige Designs von robusten GaN LNA MMIC untersucht. Einerseits wurde ein LNA MMIC Chip mit einer gestapelten Eingangsstufe entwickelt, womit die Eingangsleistung und entsprechend die Robustheit erhöht werden konnte. In dieser Arbeit wird ein verbessertes Design des gestapelten GaN LNA MMIC vorgestellt, dessen Verstärkung von mehr als 23 dB und ein Rauschmaß von 2,6 dB im C-Band Frequenzbereich erreicht. Anderseits wurde ein neuartiger multiband GaN LNA MMIC für die Frequenzen 0,8 GHz; 1,8 GHz und 3,6 GHz entwickelt. Dieser erreicht eine Verstärkung von mehr als 29 dB bei 0,8 GHz und mehr als 34 dB bei 3,6 GHz mit einer maximalen Verstärkung von 34,9 dB bei 1,8 GHz sowie einen minimalen Rauschmaß von 2,2 dB bei 3,6 GHz. Der multiband LNA MMIC ist mit einen OIP3 von mehr als 36dBm bei 3,6 GHz hochlinear. Weiterhin wurde für den gestapelten und den multiband GaN LNA MMIC die Robustheit mittels eines hochohmigen Widerstands in der Gate Versorgung verbessert.
Im Rahmen der Charakterisierung von GaN Verstärkern zeigt sich, dass der Gate DC und Drain DC Strom Indikatoren jeweils für die Kompression und Sättigung der Ausgangsleistung im Überlastfall darstellen. Der Zusammenhang zwischen dem Gate DC Strom und dem Überlastfall war der Ausgangspunkt für die Entwicklung der Schaltungen zur Limitierung der Ausgangsleistung, um die nachfolgenden Stufen des LNAs zu schützen. Daher wird dieser Strom zum Schalten eines Ausgangsdämpfungsglieds sowie einer adaptiven Drain DC Versorgung verwendet. Das Ausgangsdämpfungsglied wurde als ein GaN HEMT in Common-Gate Konfiguration an den Ausgang eines robusten GaN LNAs auf einen Chip geschalten, wodurch im Überlastfall eine Dämpfung von 29 dB erreicht wird. Weiterhin konnte durch die adaptive Drain DC Versorgung, welche als eine hybride Schaltung mit einem robusten GaN LNA MMIC als Kern entwickelt wurde, eine Dämpfung von 28 dB erzielt werden. Sowohl für das Ausgangsdämpfungsglied als auch für die adaptive Drain DC Versorgung blieben die Kleinsignal Verstärkung und das Rauschmaß des GaN LNA MMICs unbeeinflusst.
Programmable Logic Controllers (PLCs) are pivotal in Critical Infrastructures (CIs) and Industrial Control Systems (ICSs), governing processes in nuclear power plants, petrochemical factories, and water treatment systems. Despite their importance, PLCs are vulnerable to security threats, notably control logic injection attacks, aiming to sabotage physical processes. This thesis delves into PLC security, analyzing vulnerabilities in non-cryptographically and cryptographically protected PLCs, particularly Siemens S7-300 and S7-1500 models.
Siemens, an automation market leader, utilizes S7-300 PLCs in millions of applications, reflecting the broader ICS security landscape. The S7-1500 line claims resistance to cyberattacks, including control logic injections. The thesis evaluates authentication in non-cryptographically protected PLCs, introducing a stealthy control logic injection attack scenario using an S7-300 PLC and S7Comm protocol.
The second part explores integrity checks in cryptographically protected S7-1500 PLCs. Findings, encompassing disclosed vulnerabilities, lead to a severe control logic injection attack with a malicious interrupt block, conducted in an industrial setting using the S7-1500 and S7CommPlus protocol.
The final segment focuses on Profinet protocol security and an injection attack scenario. The study demonstrates adversaries manipulating critical data without prior knowledge, causing harm to physical processes. A real-world attack on a Profinet-based system with two S7-300 PLCs is executed.
The thesis concludes by proposing mitigation solutions, enhancing PLC and communication protocol security. This contribution elevates the security posture of millions of operating devices globally, advancing PLC security research.
Die doppelte Krise der Kleinstädte, die sich einerseits aus einer allgemeinen Investitionskrise und andererseits einer Gestaltungskrise zusammensetzt, ist mit Blick auf diesen Beitrag als durchaus ambivalent zu bewerten. Hinsichtlich der Investitionskrise ist zunächst ein erheblicher und struktureller Investitionsrückstand festzustellen, der im Durchschnitt über alle kommunalen Gruppen (kreisangehörige Gemeinden, kreisfreie Städte und Landkreise) hinweg besteht, in den Größenklassen der kreisangehörigen Gemeinden jedoch unterschiedlich hoch ausgeprägt ist. So sind die Kleinstädte im Gesamtbild überraschend gut aufgestellt, obwohl sie nicht besonders steuerstark sind. Eine besondere Investitionskrise der Kleinstädte konnte dementsprechend aus den empirischen Untersuchungen nicht abgeleitet werden. Zugleich sind Kleinstädte bei der Bewältigung der künftigen Herausforderungen besonders gefordert, da deren Komplexität (demografischer Wandel, Klimatransformation, Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft) in diesen Gemeinden auf relativ kleine Verwaltungen mit wenigen Möglichkeiten der tiefen Spezialisierung trifft. Darüber hinaus kann auch keine allgemeine Gestaltungskrise in den Kleinstädten konstatiert werden. Der Umfang der freiwilligen Aufgabenwahrnehmung, welcher einen geeigneten Gradmesser der kommunalen Möglichkeiten zur Selbstverwaltung repräsentiert, fällt durchschnittlich zwar niedriger aus als in den Mittel- und Großstädten. Dies ist jedoch bezugnehmend auf deren konkreten Aufgabenumfang und räumliche Ausstrahlwirkung wenig verwunderlich. Für die Kleinstädte erscheint dabei weniger eine Abgrenzung nach der Einwohnerzahl, sondern vielmehr die Einstufung in das System der Zentralen Orte bedeutsam. Dies gilt sowohl für die Abgrenzung gegenüber größeren Städten (d. h., Mittel- und Oberzentren) als auch gegenüber kleineren Gemeinden ohne städtischen Charakter. Demnach scheint die Einstufung in Grund- und Mittelzentren ein zweckmäßiger Maßstab für eine Differenzierung zwischen kleineren und größeren Kleinstädten zu sein. Demzufolge ist für die Kleinstädte hinsichtlich ihrer Funktion als „Anker“ im ländlichen Raum weniger die eigene Bevölkerungszahl als vielmehr die zentralörtliche Einstufung relevant, die somit tatsächlich das Handeln vor Ort entscheidend prägt. Trotz der vergleichsweisen guten Lage der Kleinstädte ist eine krisenhafte Entwicklung durchaus mit Blick auf die Fördermittelpraxis zu konstatieren, wobei die Förderbürokratie, ungünstige Anreizeffekte und die permanente Fremdsteuerung durch die Fördermittelgeber (vorrangig die Länder) die Gestaltungskraft vor Ort vielfach lähmen. Diesbezüglich sollte die staatsinterne Bürokratie wieder verstärkt durch lokale Gestaltungsräume ersetzt werden. Dies könnte mit einer Stärkung frei verfügbarer Finanzmittel verbunden werden, sodass Kleinstädte künftig im Einklang mit ihren individuellen Rahmenbedingungen erfolgreich in die Zukunft investieren können.
Gegeben sei für ein binäres Klassifikationsproblem ein künstliches, neuronales Netzwerk ann bestehend aus ReLUKnoten und linearen Schichten (convolution, pooling, fully connected). Das Netzwerk ann sei mit hinreichender Genauigkeit an Hand von Trainingsdaten trainiert. Wir werden zeigen, dass ein solches Netzwerk in verschiedene Partitionen des Eingaberaums zerlegt werden kann, wobei jede Partition eine lineare Abbildung der Eingabewerte auf einen klassifizierenden Ausgabewert repräsentiert. Im Weiteren gehen wir von einem einfachen Netzwerk ann aus, bei dem die Eingangswerte Mintermen von Attributwerten entsprechen. Einfach ist ein Netzwerk, wenn es für eine geringe Anzahl von Attributen trainiert wurde und die Anzahl der ReLU-Knoten ebenfalls gering ist. In der Arbeit wird gezeigt, dass jede lineare Partition durch einen CQQL-Ausdruck beschrieben werden kann. Ein CQQL-Ausdruck lässt sich mit Hilfe von Quantenlogik-inspirierten Entscheidungsbäumen beschreiben.
Bürgerbeteiligung ist in Kleinstädten bereits gängige Praxis, wobei zunehmend digitale Plattformen für die Umsetzung von Beteiligungsprojekten zum Einsatz kommen. Diese können mehrere Vorteile mit sich bringen: Sie erreichen Zielgruppen, die sich mit analogen Formaten schwer aktivieren lassen, ermöglichen eine zentrale Abwicklung von Projekten und eine datenbasierte Auswertung von Nutzungsdaten. Zudem sollen sie Kosten und Arbeitszeit einsparen, was besonders für kleinstädtische Verwaltungen mit begrenzten Ressourcen relevant ist. Ob diese Vorteile digitaler Beteiligungsplattformen sich in der Beteiligungspraxis von Kleinstädten bereits verwirklichen lassen, ist bisher noch nicht erforscht. Die zentralen Forschungsfragen, die mit diesem Forschungsprojekt beantworten werden, lauten daher: Wie erfolgt die Umsetzung digitaler Bürgerbeteiligungsprojekte in ausgewählten Kleinstädten? Inwieweit können Kleinstädte die viel diskutierten Chancen digitaler Beteiligung bereits in die Realität umsetzen? Welche sind die zentralen Hindernisse? Für die Studie wurden fünf Kleinstädte in Deutschland ausgewählt, die bereits digitale Bürgerbeteiligung umsetzen: Amt Hüttener Berge (Schleswig-Holstein), Merzenich (Nordrhein-Westfalen), Hebertshausen (Bayern), Bad Dürkheim (Rheinland-Pfalz) und Guben (Brandenburg). Das methodische Vorgehen umfasste die Durchführung von leitfadengestützten Interviews mit Mitarbeiter:innen aus der städtischen Verwaltung sowie die Auswertung von Nutzungsdaten der fünf eingesetzten Plattformen. In der Analyse des Umsetzungsprozesses der digitalen Beteiligungsprojekte wurde deutlich, dass die erwarteten Vorteile digitaler Plattformen sich zum Teil bereits bewahrheiten. Insbesondere bei der Bereitstellung von Informationen zu städtischen Vorhaben und der Dokumentation von Beteiligungsprozessen erweisen sich die Plattformen als sehr wertvoll – unter anderem für die Nachverfolgbarkeit und somit Legitimierung städtischer Entscheidungen. Darüber hinaus erfuhr das Thema Beteiligung in allen untersuchten Kleinstädten durch die Einführung einer digitalen Beteiligungsplattform wieder größere Aufmerksamkeit, sowohl auf Seiten von Politik und Verwaltung als auch auf Seiten der Bürger:innen. Gleichzeitig haben sich bei der Analyse des Umsetzungsprozesses von Beteiligungsprojekten deutliche Herausforderungen gezeigt. Die größten liegen dabei in der Steigerung der Teilnehmendenzahl, der Ansprache spezifischer Zielgruppen sowie der sorgfältigen Durchführung von Projekten bei gleichzeitigem Effizienzanspruch. Viele dieser Herausforderungen haben strukturelle Wurzeln: Die für digitale Bürgerbeteiligung Zuständigen sind aufgrund eines vielfältigen Aufgabenspektrums häufig überlastet und es fehlt ihnen teilweise der spezifische Wissenshintergrund für digitale Beteiligung. Verstärkend kommt hinzu, dass die untersuchten Kleinstädte bisher noch keine Leitlinien für die Durchführung von (digitalen) Beteiligungsprojekten etabliert haben. Solche Leitlinien könnten als Richtschnur dienen und die Qualitätssicherung dieser Projekte unterstützen. Ableitend aus diesen Ergebnissen wurden in der Studie Handlungsfelder für Kommunen identifiziert und Empfehlungen formuliert.