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An increase in waste production is inextricably linked to population increase and increasing civilization, and depending on the waste management approach, groundwater could be seriously affected. In Limbe, for example, waste disposal methods (sewage, littering, open dumping and burning) have led to the contamination of groundwater resources. This study aims at assessing the degree to which the Limbe waste sites conform to prescribed standards of waste site location, the extent to which the waste sites compromise or enhance groundwater protection. The study further investigates groundwater management around waste sites; investigating the factors responsible for groundwater contamination from waste sites; evaluating the extent to which past and present municipal solid waste management practices minimise or enhance groundwater contamination and suggesting possible methods (techniques) by which the existing situation can be improved. Seven groundwater samples were collected for laboratory (microbiological and physic-chemical) analyses in Cameroon and Germany. Field visits and observations made were supported by pictures and interviews. The method of waste disposal used in Limbe by LUC (until 2006) and HYSACAM (from 2006) already show negative effects on groundwater. Results of microbial analysis are higher than the standards of Cameroon, WHO and ISI 10500-91. Total Coliform showed values >1000CFU/100ml, E. coli showed up to 346CFU/100ml and others showed up to 159CFU/100ml. These excessively high values imply that water is highly contaminated biologically and so groundwater wells in Limbe are not good for human consumption. Physico-chemical analysis revealed, in most samples, values lower than the prescribed standards. However, NH4+ showed higher values in all samples (0.9mg/L-2.6mg/L). The high level of ammonium could be related to high production of sewage in households. L7 and L1 showed the lowest values, whereas, L6 showed the highest values in almost all microbial and physico-chemical parameters analysed. L6 was most contaminated with high values mostly exceeding the given limits. This dominant wetland area must be evacuated and water highly treated because it is very dangerous for human consumption. Vadose water in Limbe requires serious biological treatment and subsequent groundwater monitoring to minimise hazards. L7 and L1 have characteristics of Basalt and because of low level of contamination can be used as the base for comparison (that is natural water). Water must also be thoroughly treated for NH4 contamination. Waste disposal in Limbe is poorly practised and the site used must be changed. Improved waste management schemes like waste reduction, sorting and treatment are required before final disposal. Landfill construction with emphasis on barrier, leachate and gas collection systems will be most appropriate for waste disposal and in minimising leachate spill, and groundwater and other contamination. Geological and hydrogeological maps and investigations as well as recent climatic data are needed in order to choose an appropriate site for landfill construction. Most of all groundwater monitoring and sewage collection should be a very important consideration in the Limbe Municipality. Household dump sites must be thoroughly cleaned and the public sensitised on the importance of proper waste management to reduce groundwater contamination and its effects on man and the environment.
In this thesis we consider probabilistically checkable proofs (PCPs) in the model of computation working with real and complex numbers as introduced by Blum, Shub and Smale (the BSS model). Starting point of this thesis is the so-called PCP theorem, a major result in complexity theory. Roughly speaking this theorem says that one can check the correctness of certain proofs of mathematical statements with high probability by only looking at small parts of the proof. PCPs have a natural formulation in the BSS model as well. Considering the importance of the PCP theorem it seems natural to ask whether a similar theorem holds in this model also. The PCP theorem in the Turing model has two qualitatively very different proofs. The original proof by Arora et al. uses mostly algebraic techniques. Later another, combinatorial proof was discovered by Dinur.
In this thesis we give two corresponding proofs in the BSS model. Thereby we establish the PCP theorem in the framework of the real numbers as well as in the framework of the complex numbers. The main difficulties occur due to the fact that the structures R and C over which we work are uncountably infinite. For both classical proof techniques partially really new ideas are necessary to apply their structure to the new computational model. Apart from the importance of the PCP theorem it helps to better understand the similarities and differences between both models of computation. We hope that the new ideas we develop may be useful in other contexts as well.
In the quest of finding sustainable solution to solid waste management problems in Ghana, this research formulated as its goal, to mitigate policy constraints to sustainable solid waste management in Ghana. This research goal and objectives were addressed through an empirical study that involved interviews and administration of two sets of questionnaires, one set to members of parliament and the other to members of the general public. The development of questionnaires was influenced by a conceptual policy development model “The Bridge Model of Policy Development”. Administration of questionnaires to members of the general public was accomplished through random sampling within churches and mosques in three cities in Ghana; Accra, Kumasi, and Takoradi. The percentage response for members of the general public was 38.9% and that for members of parliament was 18%. Prioritization of policy options was achieved through “Differentiated Perception Ranking”, a method devised by this research process. The results revealed the relative importance of constraints to sustainable solid waste management in Ghana, the relative difficulty of mitigating constraints, and the relative difficulty of implementing policy options among others. These results were integrated with the principles of sustainability into producing a policy package for sustainable solid waste management in Ghana.
Mixed signal integrated circuits (MSICs) contain both analog and digital circuitry, integrated together on the same die. While this integration brings many benefits, it also gives rise to the issue of substrate noise coupling between the noisy digital circuitry and noise-sensitive analog circuitry. In order to counteract this issue, various substrate noise reduction methodologies had been developed so far. This thesis explores a new approach in substrate noise reduction – using a GALS (globally-synchronous, locally-asynchronous) design strategy for the digital part of a MSIC, in order to reduce the noise generation at its source. GALS architectures consist of several locally synchronous modules (LSMs) which communicate asynchronously to each other. By converting an initially synchronous architecture of digital circuitry into a GALS architecture, simultaneous switching noise generated by this circuitry can be reduced. While GALS had already been used for reducing other types of simultaneous switching noise, this is, to the best of the author’s knowledge, the first attempt to develop a GALS-based methodology for substrate noise reduction. In order to be able to theoretically analyze GALS-based methodologies for substrate noise suppression, corresponding models at high abstraction level for substrate noise generation and substrate noise propagation in lightly doped substrates (which is a type of substrate mostly used for MSICs) have been developed. These models have further been used for developing two new GALS-based substrate noise reduction methodologies: harmonic-balanced plesiochronous GALS partitioning (HB) and harmonic-and-area-based plesiochronous GALS partitioning with power domain separation (HAB). A theoretical analysis has shown that HB can reach substrate noise attenuation of up to 20log(M), where M is the number of LSMs of the resulting GALS system. On the other hand, the attenuation achievable by HAB depends on the distribution of switching current harmonics and area among the partitions, as well as from the substrate itself. For each of the two methodologies, a suitable partitioning procedure for a practical application has been developed; these partitionig procedures have been numerically evaluated in MATLAB. HB has further been embedded within the EMIAS CAD tool, where it has been evaluated on a real design example – a wireless sensor node. A special case of HAB for low frequencies has been applied for developing a test chip called SGE (power domain Separation and Galsification Experiment). The measurements on silicon have proved the applicability of the methodology.
Electrostatic precipitators (ESPs) belong to the most efficient devices for control of particle emissions in the process industry and environmental technologies in general. The operating principle of ESPs, relying on particle precipitation by electrical charging, leads to an enhanced turbulent motion by electrohydrodynamic (EHD) effects within the gaseous working fluid passing through the ESP. This enhanced turbulence is generally considered detrimental to the separation efficiency, because the additional shear forces acting on the collection electrodes promote re-entrainment of already precipitated particles. Further, the enhanced turbulent cross mixing diminishes the transport of charged particles by electric forces directed towards the collection electrodes. In other industrial applications however, many process units that are based on heat or mass transport would benefit from enhanced turbulent mixing. These include heat exchangers for energy recuperation or evaporation and absorption units such as flue gas scrubbers. A combination of these with an ESP possibly allows for versatile new applications in the process industry.
The motivation of this thesis is to study the effects of electrohydrodynamically generated motions onto the turbulent cross mixing within gaseous flows over a wide parameter space including variations in geometry and operating conditions. In order to do so, the influence of EHD effects on the three major transport properties, i.e. thermal energy, mass and momentum, were experimentally investigated. Based on analogies caused by similar transport mechanisms, the experimental results were compared despite different methods being used. In order to help with the comparison a simplified eddy viscosity model is applied.
The study for each transport property was conducted with a different setup of a tube type ESP. These setups include axial and radial pressure drop measurements to quantify the momentum transport, a self-built local heat transfer sensor to determine heat transfer coefficients and a wetted wall-column to study the enhancement of mass transport phenomena. Experiments on momentum and heat transport include a large variation of different geometries and operating variables such as discharge electrode design, tube diameter, flow velocity, as well as magnitude and polarity of operating voltage. In addition, selected measurements with aerosol particles were conducted, to gain additional insights on the effects of EHD induced turbulence generation by particle bound space charge compared to ion bound space charge in clean gas flows.
The results do not only provide transport coefficients for the hands-on application by plant designers, but also feature numerous experimental data that can be used as reference values for ongoing research in the numerical simulation of electrohydrodynamically enhanced flow and therefore significantly increase the available amount of data provided by current literature.
Multidimensional visualization of preferential flow pathways using neutron and x-ray radiation
(2016)
The occurrence of preferential flow of water in soils is rather the rule than the exception particularly in heterogeneous structured soils. The quantitative prediction is difficult because of the spatial as well as temporal variability. One aim of the dissertation was to visualize the soil structure and flow patterns in mine soils using a combination of neutron radiography, neutron tomography and x-ray computed tomography experiments. Both radiation techniques were used to describe preferential pathways as a soil structure with CT and the process of preferential flow of water with NT. For the first time neutron radiation was applied on undisturbed soil cores to visualize water distributions in natural soils on three examples for heterogeneities of different origin.
In a first investigation we used neutron radiography to analyze the moisture distribution in undisturbed slab-type and cylindrical samples of mine soils containing lignitic fragments and inclined soil layers. 2D radiography sequences indicated that flow pathways are highly dependent on the shape, distribution, and internal structure of the lignitic fragments. For 3D experiments, the quantitative analysis of water contents failed due to a pronounced beam hardening effect. The tensiometer data indicated the existence of local non-equilibrium in pressure heads between fragments and matric pore regions.
The objective of the second study was to analyze and visualize the effects of initial soil structure formation at the surface of bare soils in an artificial hydrological catchment that has been left to undirected ecological succession for three years. The three-dimensional (3D) micro-morphology was described using the X-ray computed tomography (CT); two-dimensional (2D) infiltration patterns were obtained from drip infiltration experiments using time-resolved neutron radiography (NT). The analyses of CT data indicate the existence of (i) structural crusts on soil consisting of sandy to loamy sediments and (ii) depositional crusts on sandy sediments. The results of combined observations using CT and NT suggest that the initial soil surface structure alterations of young sandy sediment modify moisture patterns of infiltrating water only slightly.
The aim of the 3rd experiment was to study effect of two ‘ecological engineers’, moss vegetation and beetle larvae on pore structure and infiltration. The soil pore structure was characterized by micro-computed tomography analyses of bare soil, sparse and dense moss-vegetated samples containing a single burrow. Flow patterns of infiltration experiments were visualized using the neutron radiography technique. The results of this study suggest that moss vegetation and burrowing activity of ground beetles strongly control the initial soil development by modification of pore structure and surface water infiltration.
Die vorliegende Arbeit beinhaltet eine Nutzungspotentialbewertung einer Bergbaufolgelandschaft (BFL). Mit Hilfe einer zielorientierten Nutzwertanalyse werden die Potentiale Landschaft, Infrastruktur, Wirtschaft, Arbeitsplätze, Ökologie und Nachfrage bewertet und die Gunstfaktoren des Untersuchungsgebietes (UG) herausgestellt, um mögliche Handlungsvorschläge zu geben. Leitbild des UG ist eine den gegebenen Bedingungen entsprechende nachhaltige Entwicklung einer BFL. Eine einst vom Abbau der Braunkohle lebende Region sucht ein neues Gesicht und Möglichkeiten, die durch den Tagebaubetrieb völlig veränderten Bedingungen der Landschaft, Infrastruktur, Wirtschaft, Arbeitsplätze, Ökologie, Nachfrage neu zu formieren. In einer von der Autorin eigens für diese Untersuchung entworfenen Matrix werden die Bewertungsergebnisse räumlich veranschaulicht. In Kopplung mit der Darstellung der mathematisch strukturierten Ergebnisse im Nachhaltigkeitsdreieck wird verdeutlicht, welche ökonomischen, sozialen und ökologischen Bedingungen im UG zu erwarten sind. Vor allem aus der Darstellung der Ergebnisse in der Matrix ist erkennbar, wo im UG welche Potentialfaktoren besonders günstig sind bzw. welche Kombination voneinander positiv beeinflussender Potentiale wo auftreten. Das UG wird sich nicht gleichmäßig entwickeln. Es wird entsprechend einer Knoten-Achsen-Struktur Entwicklungsschwerpunkte geben. Die Wirtschaft und die sozialen Beziehungen als Wachstumspole werden besonders in den Knoten gefördert. Die Achsen erstrecken sich entlang der infrastrukturellen Erschließung über den Rand des Gebietes hinaus und sorgen für eine Anbindung an das Umland. Das UG besitzt sehr günstige ökologische Potentiale, die bei der weiteren Entwicklung unbedingt berücksichtigt werden sollten. Als wenig günstig stellt sich das Potential der Wirtschaft heraus. Das bedeutet, dass besonders Anstrengungen zur Verbesserung der wirtschaftlichen Basis in diesem Gebiet unternommen werden müssen. Schlechte ökonomische Bedingungen ziehen rasch verschlechternde soziale Verhältnisse nach sich. Das UG befindet sich in einer Region, die von Entleerungstendenzen gekennzeichnet ist. Aus diesem Grund ist es wichtig, eine stabile und vielfältige Wirtschaft zu schaffen. Mit dem Totalausfall der ehemaligen wirtschaftlichen Basis, dem Braunkohlenabbau, müssen hier neue Wege gegangen werden, die zudem das ökologische Potential des UG unterstreichen. So genannte „Leuchttürme“ sollten das Gebiet wirtschaftlich wieder attraktiv machen und der Region eine neue Lebenschance geben. Die Autorin stellt Möglichkeiten der touristischen Nutzung vor und plädiert für die Nutzung alternativer Energien und nachwachsender Rohstoffe. Im UG muss Mut zu neuen Wirtschaftsstrukturen bewiesen werden. Je vielfältiger die neuen Möglichkeiten genutzt werden, desto stabiler wird die wirtschaftliche Basis. Je solider sich die ökonomische Grundlage festigt, desto günstiger wirkt sich das auf die sozialen Bedingungen aus. Die ökologische Gunst sollte von Anfang an bei der Gestaltung der Wirtschaft und der Entwicklung neuer Infrastruktur berücksichtigt werden. Dies wurde nicht zuletzt auch durch die Nachfrage bestätigt. Mögliche Ausgänge der Entwicklung werden in Szenarien beschrieben, in denen absichtlich die gegebenen Bedingungen in einer überspitzen Form weitergedacht werden, um das Wesentliche der möglichen Entwicklung darzustellen. Das Besondere der BFL sollte nicht nur als geschichtliche Erinnerung, sondern als raumprägendes Element erkennbar bleiben.
Physiotherapy for patients with hip and knee osteoarthritis in Germany: a survey of current practice
(2023)
Osteoarthritis (OA) of the hip and the knee is common and leads to pain, stiffness and disability. Clinical practice guidelines (CPG) provide recommendations to assist healthcare professionals in clinical decision-making. Although evidence-based physiotherapy has been shown to be effective in the management OA, a gap between clinical practice and guideline recommendations exists. Little is known about OA management provided by physiotherapists in Germany and whether treatment aligns with CPGs. The objectives of this study were (1) to investigate the current physiotherapy practice in patients with hip and/or knee OA in Germany, (2) to evaluate physiotherapists’ adherence to guideline recommendations and (3) to explore barriers and facilitators to guideline use.
The master thesis at hand examines the potential of district heating in Lusatia. The thesis follows the approach of first identifying technical and economic potentials in general and then transferring them to the study region. For the quantitative determination of district heating potential in Lusatia, the status quo is determined and a GIS-based analysis is carried out with regard to minimum heat demand densities. The extent to which district heating is suitable for climate-neutral heat supply will be investigated using the potential of renewable and waste heat energy sources. Furthermore, the regional economic effects of developing these potentials are examined. The results show that despite an overall decline in heat demand, there is potential to increase the relative share of district heating in Lusatia. In terms of climate neutrality, district heating in Lusatia offers special opportunities. Solar thermal energy and Power-to-Heat are of particular importance due to the rural character of Lusatia and its status as an energy region. From a regional economic perspective, climate-neutral district heating has a positive effect on value added and employment.
Currently more and more researches of high voltage bushings are focused on the requirements for a simple structure, compactness and light-weight. The general operation of SF6 gas-filled bushings (SF6 bushings) is satisfying the requirements, but in the operation and design of SF6 bushings still many improvements may be possible. The minimizing of dimension might enhance the electric field strength (E) on the crucial points of bushings, which may lead to partial discharge, flashover and even break down. Electric field distribution along the surface mainly depends on contour design, besides the effect of contamination. This dissertation mainly describes the optimization of the bushings design by genetic algorithm.
First, a model of SF6 bushing was developed and simulated for the theory purpose. Then, the potential breakdown problems were defined and the mechanisms of the potential breakdown were explained. Afterwards, the dissertation proposes an approach, i.e. genetic algorithm to optimize the contour design of SF6 bushings. The approach improved the execution efficiency by accessing the fitness values of searched solutions during the optimization process. To verify the effectiveness of the genetic algorithm, it has been applied to minimize the electric field strength at the critical positions. Furthermore, the critical points of SF6 bushings were optimized. Several new structures of the ground electrode were proposed and optimized separately by genetic algorithm. A new curve, i.e. cubic spline was applied to the contour of the top flange to avoid the influence of the triple points. By optimization E on the surface of top flange was minimized. The potential distribution on the surface of insulator was optimized by a new structure. By the genetic algorithm the contour of composite weather sheds (WS) was optimized as water-drop form.
In summary, a more uniform potential distribution along the surface of weather sheds and minimal values of electric field strength at critical points can be derived effectively by genetic algorithm. In addition, a smaller dimension of SF6 bushing was obtained in comparison with presently available ones.
Phytoplankton succession and diversity-productivity relation in German and Brazilian shallow lakes
(2012)
Phytoplankton succession linked to productivity-diversity relationship at steady-state/non steady state conditions, mixing events as predominant disturbance in sense of Connell (1978) and influence of conditional differentiation (temperature) on phytoplankton diversity were investigated. Water samples were taken two times a week in 4 German shallow lakes in Brandenbug region (Melangsee, Petersdorfer See, Wolziger See, and Langer See) from 2007 to 2010 and in 2009/2010 during cold and rainy season in a Brazilian coastal lagoon Peri. A comparison between literature data from 4 Brazilian lakes, in order to investigate the influence of temperature on diversity and dynamic of phytoplankton species was also done. The cyanobacterial species dominated all studied lakes and the mixing had a positive effect on the supremacy of this group in tropical lakes. The high biovolume of cyanobacteria contributed to the achievement of steady state conditions in sense of Sommer et al. (1993) during consecutive periods in Petersdorfer See and in Peri lagoon practically during all phases. The monodominance of Cylindrospermopsis raciborskii was observed in warm water, under no stratification regime. Oscillatoriales of group S1 (Reynolds 2002), represented by Limnothrix redekei and Pseudanabaena limnetica, typical in turbid mixed layers and with high nitrogen affinity, were typical in Petersdorfer See. In Melangsee, steady state was observed during colder periods under dominance of Bacillariophyceae and Chrysophyceae. Lower diversity coincided with steady state conditions and higher values of resource use efficiency (RUE), while higher diversity occurred mainly at transitional state during the spring in temperate lakes, supporting the non-equilibrium concept (Hutchinson 1961) at lower RUE values. Higher biovolume occurred mainly during the late summer in temperate lakes under dominance of cyanobacteria, and/or at steady state. Concerning the temporal variation of phytoplankton, the highest peak of species richness preceded the resource use efficiency, suggesting the productivity as consequence of diversity. The richness was much higher in temperate shallow lakes, which were more similar to each other in terms of seasonality, species number and biovolume. A positive correlation between richness and biovolume of temperate lakes was found and the opposite was observed in tropical lakes. The biovolume and richness in tropical lakes were more variable and in temperate lakes presented higher richness at intermediate level of biovolume (annual mean from 10 to 18 mm3/l). Low level of biodiversity allows an ecosystem to function under constant conditions, but a greater biodiversity occurred in fluctuating environments.
Cultural heritage faces many types of threats such as neglect, conflicts, disasters caused by natural and human induced hazards, unplanned infrastructure projects, climate change, etc. Over time, a number of institutions, organisations, programmes and initiatives to address the issues related to heritage at risk through varied modes of interventions such as advocacy work, conservation efforts, funding, awareness-raising regarding particular sites, etc. have emerged. Despite the stimulus and support of the various institutions, organisations and initiatives, diverse threats continue to impact cultural heritage in present times with some factors amplifying more than before, leading to the subsequent damages to or losses of heritage assets. Though reasons for these issues are varied and complex, one of the important factors to look into is the agency of the diverse ‘Heritage at Risk’ programmes or initiatives. ICOMOS being one of the pioneers in this global discourse of threatened heritage, its role is strategically vital. 20 years after ICOMOS’s first attempts to initiate one of the first ‘Heritage at Risk’ programmes, this research is an opportunity to re-examine and analyse the effectiveness of ICOMOS’ ‘Heritage at Risk’ programme within the current organisational/ institutional landscape of initiatives in the field of heritage at risk, that ICOMOS is embedded in. It is also an opportunity to situate the programme within the diverse views of the heritage at risk framework and the continuing shifts in the foundational paradigms of the international discourse on heritage conservation. The purpose of this analysis is to guide programme improvement for optimising efforts in favour of cultural heritage at risk within and/ or beyond ICOMOS and improve their ability to contribute towards - safeguarding heritage at risk, increasing the resilience of cultural heritage and sustainable development.
Lipasen sind esterolytische Enzyme, welche vorzugsweise an Lipid/Wasser Phasengrenzen aktiv sind. Von großer Bedeutung sind diese Biokatalysatoren bei etablierten industriellen Prozessen, wie z.B. in der Nahrungs- und Futtermittelindustrie sowie der Herstellung von Detergenzien oder als Additiv in Waschmitteln. Neue Anwendungsgebiete, wie die Produktion von Feinchemikalien für die Pharma- und Agrarindustrie sowie die Herstellung von Biodiesel stellen Herausforderungen dar. Gerade in den letztgenannten Industriezweigen werden herkömmlichen chemischen Verfahren bevorzugt, da die Herstellungskosten von Enzymen einen großtechnischen Einsatz behindern. Um die Kosten für den Einsatz des Biokatalysators zu minimieren, wurden drei Ansatzpunkte bearbeitet.
Bei der Produktion von Lipasen oder anderen Enzymen durch Mikroorganismen fallen Investitions- und Betriebskosten an. Investitionskosten werden maßgeblich vom Reaktordesign und dessen Größe bestimmt, wobei die Betriebskosten zum Beispiel durch den hohen Einsatz von Energie und Zeit bei der Sterilisation sowie teuren Medienbestandteilen festgesetzt werden. Aus dieser Betrachtung heraus wurde in vorhergehenden Arbeiten ein selektives Kultivierungsverfahren mit minimierter Steriltechnik entwickelt, bei dem die Kosten für die Sterilisation entfallen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Maßstabsvergrößerung auf ein Volumen von 350 l durchgeführt. Die robuste Selektivität des Kultivierungssystems im 100-l- und 350-l-Maßstab wurde in 13 individuellen Läufen über einen Kultivierungszeitraum von acht bis zwölf Tagen mit dem Kompostisolat Phialemonium curvatum AW02 gezeigt. Der Mikroorganismus P. curvatum AW02 sowie dessen extrazelluläre Lipasen wurden partiell charakterisiert. Es zeigte sich, dass P. curvatum AW02 mindestens eine zellwandgebundenen Lipase sekretiert. Weiterhin wurde gezeigt, dass das selektive Kultivierungsverfahren mit minimierter Steriltechnik das alleinige Wachstum weiterer bekannter Mikroorganismen, wie z.B. Aspergillus niger, Botrytis cinerea oder Yarrowia lipolytica begünstigt.
Der zweite Ansatzpunkt zur Kostenminimierung ist die Wiederverwendung sowie Stabilisierung des Enzyms durch Immobilisierung, was intensive Entwicklungsarbeit voraussetzt. So wurde ein in der Handhabung leicht durchführbares Immobilisierungsverfahren entwickelt, das auf der Einbettung wasserfreier Enzympräparate in ein Polymer-Harz basiert. Dieses Enzym-Polymerharz-Gemisch kann auf Oberflächen mit unterschiedlichen physikalischen oder chemischen Eigenschaften aufgebracht werden. Als Modellenzym wurde die robuste, Co-Faktor unabhängige, monomere Thermomyces lanuginosus Lipase (TLL) genutzt. Die Immobilisierung mittels wasserfreiem Einbettungsverfahren konnte erfolgreich mit Aktivitäten von bis zu 250 mU/cm² beschichteter Oberfläche gegenüber p- Nitrophenyl-Palmitat (pNPPalm) nachgewiesen werden. Die Co-Faktor-abhängige und unter nativen Bedingungen als Homotetramer vorliegende Threonin Aldolase aus Ashbya gossypii wurde als zweites Beispielenzym erfolgreich mit dem wasserfreien Einbettungsverfahren immobilisiert. Somit konnte gezeigt werden, dass das neuartige wasserfreie Einbettungsverfahren auf verschiedene Enzyme mit unterschiedlicher Komplexität anwendbar ist.
Der dritte Ansatzpunkt ist die Entwicklung eines quantitativen Mikrotiter-Lipase-Nachweissystems. Verschiedene labor- und zeitintensive Verfahren weisen lipolytische Aktivität nach. Um ein schnelles und einfaches Lipase-Nachweissystem zu etablieren, wurde ein turbidimetrisches Lipase-Nachweissystem im Mikroliter-Maßstab, basierend auf einer stabilisierten 1 % (v/v) Tributyrinemulsion entwickelt. Durch die Hydrolyse des Tributyrins kommt es zu einer kontinuierlichen Klärung. Das Auftragen variabler Mengen des Modellenzyms TLL zeigte eine direkte Abhängigkeit zwischen Lipasekonzentration und Abnahme der Extinktion bei 595 nm. Eine eingehende Charakterisierung ergab, dass ein Substratüberschuss bei 1 % (v/v) Tributyrin vorliegt. Somit kann das turbidimetrische Mikrotiter-Lipase-Nachweissystem zur Quantifizierung lipolytischer Proben eingesetzt werden.
Jeder der drei Ansatzpunkte trägt das Potential, robust und einfach, unter kostenminimierten Bedingungen Enzyme herzustellen, sie zu immobilisieren sowie lipolytische Aktivität zu quantifizieren. Daraus ergeben sich Anwendungsmöglichkeiten aber auch interessante wissenschaftliche Perspektiven.
We formulate a generalization of the time-dependent Gutzwiller theory for the application to multi-band Hubbard models. Our approach allows for the computation of general momentum- and frequency-dependent two-particle response functions. The in-depth knowledge of them is crucial for the understanding and interpretation of experiments in solid-state physics. In the calculation of ground-state properties of Hubbard models, the Gutzwiller approach is known to overcome the main shortcomings of the Hartree–Fock approximation, whose time-dependent generalization is the standard text-book method for the calculation of response functions. We therefore expect that the time-dependent Gutzwiller theory, that has been formulated only for the single-band Hubbard model so far, will offer a technique yielding new insight into the dynamics of strongly-correlated multi-orbital systems. In this thesis, we motivate the employment of multi-orbital Hubbard models and give an introduction to multi-band Hubbard models in Chapters 1 and 2. Their treatment within the Gutzwiller variational approach is subject of Chapter 3, where it is supplemented by investigations that connect our new approach to previous results. We derive the random-phase approximation as the time-dependent Hartree–Fock theory in Chapter 4, followed by the derivation of the corresponding time-dependent Gutzwiller theory in Chapter 5. We demonstrate the applicability of our new approach in Chapter 6, where we calculate the transversal spin susceptibility of a Hubbard model with two degenerate bands and present numerical results for systems in infinite and three spatial dimensions. A summary and conclusion is given in the final Chapter. Mathematical details of our derivations are presented in several appendices.
The present research aims to analyze the possibilities of introducing the living “Intangible Cultural Heritage” as Supplement of Knowledge into the formal educational system particularly the Early Childhood Education in the Far North Region of Cameroon - irrespective of the 2003 Convention for the Safeguarding of the Intangible Cultural Heritage and the 2005 Convention on the Protection and Promotion of the Diversity of Cultural Expressions. This Region is purposively selected for its stronghold of multifarious and diverse ethno-cultural (id)entities and citadel of the country’s enshrined traditions. The rural area of Kolara is conveniently chosen to explore how to blend the receding ethno-cultural heritage with the formal education system in accordance with the aim of education in Cameroon and therefore could be an example of how to train citizens firmly rooted in their cultures but also opened to the world. It presupposes that the current formal primary educational system is not constructive for primary school starters. On the basis of a combination of participatory research and systematic data collection methods, three educational heritages could be outlined: the ethno-cultural traditional educations specific to the two major ethno-cultures Tupuri and Fulbé and the Islamic Arabic educational heritage peculiar to Muslims, predominantly Fulbé. In this context, it could be determined to what extend the formal education is ethno-cultural specific, environment related and learner centered.
Im Rahmen des Forschungsprojektes werden Fragestellungen des Stahlleichtbaus bezüglich des Einsatzes von strukturierten Blechen hinterfragt, untersucht und Lösungen vorgestellt.
Als Anwendungsbeispiel werden in dieser Arbeit geschweißte I-Träger mit schlanken, strukturierten Stegen untersucht. Eine Serie von Blechträgern mit verschiedenen Stegausführungen - eben, profiliert und strukturiert - wird modelliert und auf ihre Schubtragfähigkeit untersucht.
Die vorliegende Arbeit beschreibt erste Untersuchungen zu strukturierten Blechen mit aktuellen numerischen Analysen und praktischen Versuchen zum globalen und lokalen Beulen.
In Versuchen und numerischen Simulationen werden verschiedenste geschweißte Stahlleichtbauträger untersucht. Es wird erkundet, inwiefern sich das Beulverhalten von Trägern mit strukturierten Stegen gegenüber ebenen oder profilierten Stegen verändert. Außerdem wird definiert, welche Strukturen sich am besten für den Einsatz in Stahlleichtbauträgern eignen.
Schließlich wird ein Vergleich von numerischen und analytischen Versuchsergebnissen aufgezeigt und ein Berechnungsvorschlag gegeben, welcher dazu dient, Stahlleichtbauträger mit strukturierten Blechen bemessen zu können.
Assessing authenticity in heritage conservation : case study : architectural conservation in Bahrain
(2023)
The thesis complements the authenticity discourse in heritage conservation with the perspective of laypeople and evaluates the pertinent methodology for the application of the normative concept in architectural heritage conservation. Based on the Nara Document on Authenticity, the Operational Guidelines for the Implementation of the World Heritage Convention anchor the concept in the credibility and truthfulness of internal and external factors – referred to as information sources – that communicate a heritage site’s cultural values. Conversely, the author explored the truthfulness of messages conveyed to site users in a qualitative research based on interviews focused on two urban reference sites in Bahrain. These stand for different eras and conservation approaches: the ensemble of colonial-style governmental buildings at Bab al-Bahrain in Manama and the vernacular Siyadi Shops in the market area Suq al-Qaisariya in Muharraq, which were restored in the course of a World Heritage nomination. The interpretive content analysis compares how architects and non-architects, who represent laypeople in architectural conservation, perceived their authenticity and also traces cultural contingencies. The empirical data confirms pronounced differences in the way architects and non-architects perceive authenticity but only a few between representatives of so-called Western and Eastern cultures. Assessed against international heritage conservation standards, the site in Muharraq proved more authentic than the one in Manama. However, the meanings produced in the interaction between the sites and the interviewees proved be of limited truthfulness in both cases. A key finding is hence that a constructivist authenticity concept can serve no normative function when heritage conservation is considered a discipline at the service of historiography. While all potential factors of authenticity as per the Nara Document proved to be relevant, perceived material authenticity was found to be an outstanding reason why the site in Muharraq was appreciated more. Its rehabilitation was found to successfully reconcile essentialist and constructivist authenticity understandings by paying tribute both to the documentary value of the historic site and to the experiential needs of its users. The findings support the ICOMOS Venice Charter’s material-focused approach while confirming the relevance of a broadened authenticity understanding and highlighting the importance of integrated, participatory approaches to heritage conservation. By illustrating the importance of expertise when assessing the authenticity of architectural heritage, the findings at the same time flag limits to democratizing architectural conservation practice. The author recommends developing practice-oriented guidance for the assessment of authenticity of heritage sites based on further research and to add interpretation facilities to the list of factors of authenticity.
Die Arbeit dokumentiert die Entwicklung von Algorithmen, mit denen auf mesoskaliger Ebene die Auswirkungen des Wassermanagements in grundwasserregulierten Niederungen auf deren Wasserrückhalt abgeschätzt werden können, ebenso wie damit verbundene Änderungen der Nährstoffeinträge in Fließgewässer. Dies geschieht auf der Grundlage breitenverfügbarer Gebietsinformationen, die in dem Geographischen Informationssystem ARC/INFO verarbeitet werden. Den zeitlichen Bezug bilden langjährige Monatsmittel. Die Algorithmen wurden auf das ca. 1900 km² große Einzugsgebiet des Rhin im Nordwesten des Landes Brandenburg angewendet. Dazu wurde eine Grundvariante entwickelt, für die sich die Grundwasserhaltung aus der Landnutzungsverteilung der 1990er Jahre ableitet. Weitere fünf Szenarien folgen möglichen zukünftigen Zielstellungen der Land- und der Wasserwirtschaft. Der auch auf andere Gebiete des nordostdeutschen Tieflands übertragbare Modellansatz reagierte auf sämtliche Eingabeparameter plausibel. Ein Szenarienvergleich ergab eine Minderung des Gebietsabflusses um 45% zur Grundvariante, was einer Minderung von Stoffeinträgen in die Gewässer von bis zu 177 t N/a und 11 t P/a entspricht.
Einkaufen im Internet ist selbstverständlich geworden: Bücher, Kleidung, Medikamente oder Lebensmittel lassen sich leicht online bestellen. Für Handwerksleistungen gilt das nicht. Viele Handwerksbetriebe haben rückständige Internetpräsenzen und sind nicht digital mit ihren Kunden vernetzt. Allerdings geraten Handwerksbetriebe unter Zugzwang, ihr Angebot im Rahmen von E-Commerce online zugänglich zu machen. Verantwortlich dafür sind das Erwachsenwerden der 'Digital Natives' sowie das Auftauchen neuer, digitaler Konkurrenten.
Die Arbeit untersucht, wie Handwerksbetriebe E-Commerce gemeinsam im Rahmen einer horizontalen Kooperation anbieten könnten. Für die Anbahnung einer solchen Kooperation werden die Relevanz von Gelegenheiten sowie die Einflussfaktoren auf die Akzeptanz solcher Gelegenheiten herausgearbeitet. Gefunden wird, dass die Akzeptanz einer vorgeschlagenen Kooperationsgelegenheit viermal höher ist als die unbedingte Bereitschaft zur Kooperation. Die Akzeptanz einer E Commerce-Kooperationsgelegenheit ohne Eigenkapitaleinlage, mit Konkurrenten als Partner sowie im engen Kooperationsumfang ist außerdem höher als bei anders ausgestalteten Gelegenheiten. Umfang und Konkurrenz der Partner können sich dabei unter bestimmten Bedingungen gegenseitig absichern. Auch die Passung zum Adressaten der Kooperationsgelegenheit ist relevant, vor allem die Komplementarität der Ressourcen.
Ist die horizontale Kooperation angebahnt, kann sie der Überwindung zweier zentraler Hemmnisse des E-Commerce dienen. Dies ist zum einen die geringe E-Commerce-Tauglichkeit handwerklicher Leistungen. Die Arbeit zeigt, dass die E-Commerce-Tauglichkeit einer Leistung immer dann gering ist, wenn sie schwierig zu spezifizieren ist und eine hohe Kontaktintensität bei der Übergabe des externen Faktors erfordert. Solche Dienstleistungen weisen einen geringeren Entwicklungsstand des E-Commerce auf als andere. Ein anderes Hemmnis ist die zunehmend digitaler werdende Mundpropaganda. Hier wird gezeigt, dass Handwerksbetriebe mit kleinem Einzugsgebiet immer dann eine schlechtere Wirksamkeit ihrer Mundpropaganda hinnehmen müssen, wenn diese digital vor allem an nicht-lokale Kontakte weitergegeben wird.
Diese theoretischen Erkenntnisse wurden mit Hilfe einer Befragung von ca. 300 Handwerksbetrieben sowie einer agentenbasierten Simulation gewonnen. Aus den Erkenntnissen werden auch praktische Hinweise abgeleitet.
Das Düsenstrahlverfahren wird vielfältig im Spezialtiefbau zur Baugrundverbesserung, als Verbau- und Gründungselemente sowie zur Abdichtung gegen Grundwasser eingesetzt. Das Düsenstrahlverfahren hat wegen seiner universellen Einsetzbarkeit in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Wesentliches Ziel bei der Weiterentwicklung des Verfahrens ist die Vergrößerung der Durchmesser Der Düsenstrahlelemente. Eine Möglichkeit ist dabei die Zugabe von Druckluft als so genannte Luftummantelung des Düsenstrahls. Die verfahrenstechnischen Parameter basieren in aktuellen Anwendungen meist auf Erfahrungswerten. Die Luftummantelung wird daher häufig nicht im optimalen Betriebspunkt eingesetzt. Weiterhin sind bisher nur Dreikolbenpumpen in der Lage, die Anforderungen an einen stetigen Massenstrom zu erfüllen. Diese Arbeit stellt ein mathematisches Modell der Luftummantelung vor, mit dem der optimalen Betriebspunkt bestimmt werden kann. Neue Erkenntnisse über die Wirkungsweise der Luftummantelung auf den Düsenstrahl werden durch Staudruckmessungen und Messungen der Schneidkraft gewonnen. Ein weiterer Beitrag zur flexiblen Einsetzbarkeit des Düsenstrahlverfahrens wird durch Verstetigung des Massenstroms einer Zweikolbenpumpe mit Hilfe eines Windkessels erreicht. Dies erlaubt kleinere und kostengünstigere Baustelleneinrichtungen. Sowohl die Wirkung der Luftummantelung als auch die Optimierung der Zweikolbenpumpen werden durch Messungen auf einem speziell konzipierten Prüfstand nachgewiesen.
Baukultur in ländlichen Räumen ist Alltagsbaukultur, die von vielen Akteuren mitgeprägt wird. Ein großer Teil der Verantwortung für das baukulturelle Erscheinungsbild liegt auf kommunaler und regionaler Ebene. Baukultur in ländlichen Räumen kann nicht allein auf das Thema regionstypisches und historisches Bauen reduziert werden und bezieht sich nicht nur auf die Architektur des Gebäudes. Das baukulturelle Leitbild ist weiter gefasst und bezieht die Infrastruktur, die öffentlichen Räume sowie die Kulturlandschaft mit ein. Baukultur im ländlichen Raum ist ein Gemeinschaftswerk Vieler.
Um das landesweite Spektrum widerzuspiegeln, wurden Praxisbeispiele aus Kleinstädten (max. 10.000 Einwohner) und Dörfern aus unterschiedlichen Regionen Brandenburgs untersucht. Im Fokus der Betrachtung steht vor allem die Alltagsbaukultur. Von Interesse sind alle strategischen, planerischen und prozessuale Ansätze, die sich ums Planen und Bauen in ländlichen Räumen drehen und für die zukünftige Entwicklung von Leitbildern, Methoden und Verfahren von Bedeutung sein könnten.
Zielsetzung der Untersuchung ist die Erarbeitung eines Leitfadens für die Stärkung der Baukultur im ländlichen Raum. Die Zielgruppe des Leitfadens sind die Akteure der Baukultur in kleineren Städten und Kommunen der ländlichen Regionen Brandenburgs. Der Leitfaden soll jedoch nicht nur als Dokumentation der Ergebnisse dienen. Der Schwerpunkt wird darin liegen, den Prozess aufzuzeigen, der zu einer gelungenen Baukultur geführt hat. Welche Akteurs- und Trägerkonstellationen, welche Instrumente, rechtliche Grundlagen, Beteiligungsverfahren oder Finanzierung sind bei der Umsetzung zur Anwendung gekommen und können anderen Kommunen als Vorbild dienen?
Biofilme sind Zusammenschlüsse von Mikroorganismen, die eingebettet in einer selbstproduzierten Matrix vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt sind und eine erhöhte Toleranz gegenüber Antiinfektiva aufweisen. Im Bereich der Humanmedizin werden 65-80 % aller bakteriellen Infektionen mit Biofilmen assoziiert. Problematisch ist die fehlende Biofilmanalytik in der Routinediagnostik, die auch von der Europäischen Gesellschaft für klinische Mikrobiologie und Infektionskrankheiten gefordert wird. So fehlen standardisierte Methoden für den mikroskopischen Nachweis einer Biofilm-assoziierten Infektion, die in situ Quantifizierung von Bakterien auf Implantaten und die Prüfung der Antibiotikaempfindlichkeit von Bakterien in Biofilmen. Mit den in dieser Arbeit etablierten Methoden wurden diese verschiedenen Schwerpunkte im Bereich der bakteriellen Biofilmanalytik beleuchtet. Basierend auf der an der Hochschule Lausitz entwickelten VideoScan-Technologie wurden fluoreszenzmikroskopische Methoden für die Untersuchung von Biofilmen entwickelt. Es wurde ein Modul geschaffen, welches qualitative und quantitative Aussagen über die allgemeine Fähigkeit von Bakterien zur Biofilmbildung treffen kann. Mit Anwendung dieser Methode konnte der Zusammenhang zwischen den genotypischen und phänotypischen Merkmalen von 187 klinischen E. coli-Isolaten und deren Biofilmbildung untersucht werden. Ein weiteres Modul erlaubte die Untersuchung der mit E. coli besiedelten Materialien Glas, Stahl und Titan. Insgesamt 44 Materialstücke (Coupons) wurden auf die Anzahl adhärenter Bakterien, die besiedelte Fläche und die maximal gebildete Biofilmdicke untersucht. Das dritte und letzte Modul fand Anwendung in der Untersuchung der Antibiotikaempfindlichkeit von S. aureus während der Biofilmbildung und unterschiedlich reifer S. aureus-Biofilme. Innerhalb dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die etablierte Methode eine umfangreiche Analyse von Biofilmen für verschiedene Fragestellungen ermöglicht.
The integration of germanium (Ge) on silicon (Si) for microelectronics applications requires strain-relaxed SiGe buffer layers (SRB) as virtual substrates. However, the presence of threading dislocations in these layers remains a challenge, as they can affect device performance. Existing methods achieve threading dislocation densities (TDD) around 1 x 10⁵ cm⁻², but a further reduction is desired for industrial applications. A SiGe backside deposition technique originally intended to compensate for wafer bowing surprisingly improves the TDD. The underlying physics remained poorly understood until now. In this work it is shown, that the SiGe backside deposition leads to a parasitic SiGe layer at the edge of the wafer. Partial relaxation of this layer generates dislocations, which fundamentally change the relaxation mechanism of subsequently deposited SiGe layers on the front side. These preexisting dislocations glide from the edge to the center of the wafer, preventing the formation of dislocation bundles and pile-ups. As a result, the TDD decreases significantly for layers with low Ge content. Adjusting the growth conditions and dislocation glide kinetics optimizes early relaxation, achieving a TDD reduction to 4x10⁴ cm⁻² for 25% Ge buffer layers. Additionally, a novel ring deposition technique provides controlled preexisting dislocations at the wafer’s edge, offering better control over the dislocation reservoir than uncontrolled parasitic deposition. Although initial results show promising results, further optimization is needed due to localized mechanical damage during processing. In summary, this research provides insights into strained SiGe layer relaxation, dislocation physics, and their impact on the TDD. By understanding these mechanisms, an enhancement of established buffer approach can be achieved and novel strategies for further TDD reduction can be developed.
We study convexities designed to characterise some of the most fundamental classes of graphs. To this end, we present some known results on this topic in a slightly different form, so as to give a homogeneous representation of a very disparate field. Furthermore, we present some new results on the Caratheodory number of interval graphs and also give a more or less exhaustive account of everything that is known in this context on AT-free graphs, including new results on characterising linear vertex orders and the structure of the intervals of this class.
We introduce the new class of bilateral AT-free graphs which is motivated by the linear order characterisation and the convexity used to describe AT-free graphs. We discuss their relation to other known classes and consider the complexity of recognition. Furthermore, as a consequence of notions from abstract convexity we present algorithmic results with regards to some natural subclasses of these.
As an application of notion of an extreme vertex of a convex geometry, we discuss structural aspects of avoidable vertices in graphs, which form a generalisation of simplicial vertices. This includes a characterisation of avoidable vertices as simplicial vertices in some minimal triangulation of the graph and a new proof of the existence result. Furthermore, we discuss the algorithmic issues regarding the problem of efficient computation of avoidable vertices in a given graph. This is complemented by an algorithmic application of the concept of avoidable vertices to the maximum weight clique problem, by identifying a rather general class of graphs in which every avoidable vertex is bisimplicial. This leads to a polynomial-time algorithm for the maximum weight clique problem in this class of graphs. Implications of this approach for digraphs are also discussed. All of these results lead to a conjecture concerning the generalisation of avoidable vertices to avoidable paths and we prove this conjecture for paths of length less or equal to two.
Finally, we analyse the properties of many different and widely used forms of graph search. Here, we discuss the problem of recognising whether a given vertex can be the last vertex visited by some fixed graph search. Moreover, we present some new aspects of the problem of deciding whether a given spanning tree of a graph is a graph search tree of a particular type of search. We generalise the concept of such trees to many well-known searches and give a broad analysis of the computational complexity of this problem. Both of these discussions are motivated by the use of graph searches in the context of computing properties of convexity.
Since the beginning of its development in the 1950s, mixed integer programming (MIP) has been used for a variety of practical application problems, such as sequence optimization. Exact solution techniques for MIPs, most prominently branch-and-cut techniques, have the advantage (compared to heuristics such as genetic algorithms) that they can generate solutions with optimality certificates. The novel process of additive manufacturing opens up a further perspective for their use. With the two common techniques, Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) and Laser Powder Bed Fusion (LPBD), the sequence in which a given component geometry must be manufactured can be planned. In particular, the heat transfer within the component must be taken into account here, since excessive temperature gradients can lead to internal stresses and warpage after cooling. In order to integrate the temperature, heat transfer models (heat conduction, heat radiation) are integrated into a sequencing model. This leads to the problem class of MIPDECO: MIPs with partial differential equations (PDEs) as further constraints. We present these model approaches for both manufacturing techniques and carry out test calculations for sample geometries in order to demonstrate the feasibility of the approach.
Ecological research on acidic lakes has historically focused on soft-waters, whereas biota in natural and man-made acidic hard-water lakes remains poorly studied. My thesis deals with the effects of multiple abiotic stressors on species and genetic biodiversity of littoral Cladocera in two types of acidic waters in Germany: hard-water mining and soft-water bog lakes. I found that these two types of acidic lakes supported highly distinct cladoceran communities, both with respect to their species diversity and composition, what led to the rejection of my null hypothesis that pH was the only abiotic factor, determining species diversity patterns. Further analyses revealed that, apart from pH, TDS-related parameters and trophy significantly affected species composition of littoral Cladocera in the studied lakes. Particularly the role of TDS and its constituents for colonization of acidic lakes was virtually neglected by previous studies, based on soft-water lakes’ data sets. My study on the genetic diversity of a generalist cladoceran Chydorus sphaericus provided evidence for genetic erosion, i.e. negative effects of abiotic stress in the acidic hard-water mining lakes, but not in the acidic soft-water bog lakes. I conclude that the observed genetic erosion in acidic mining lakes may have negative long-term consequences for population persistence even in broadly tolerant species. In general, biodiversity at both species and genetic levels was much more impaired in the acidic hard-water mining lakes, compared to the naturally acidic soft-water bog lakes. This was possibly due to both ecological (higher abiotic stress) and evolutionary (insufficient time for long-term adaptations to evolve) mechanisms. My results suggest that colonization of acidic hard- and soft-water lakes in each case should require specific physiological adaptations at both species and population levels. The practical relevance of my studies is that they provide the scientific basis for monitoring of acidic hard-water mining lakes based on littoral Cladocera. Especially genetic diversity proved a valuable indicator of water quality in acidic mining lakes, as it provided unique information on population-level responses, being complementary to species diversity assessment. Overall, my results demonstrate that inclusion of acidic hard-water lakes into the research framework as well as comparisons among communities in chemically diverse acidic lakes can result in important new insights, concerning the community organization and adaptations in acidic environments.
An important component regarding the climate and energy crisis and its implications is the upheaval in energy production and supply as a fundamental transition in favor of low-carbon energy. The regions of the German-Polish border area studied in this paper encounter different development paths of coal and renewable energy sources. One emblematic recent case in this context is the legal dispute over the closure of the Turów coal mine. The authors investigate to what extent these energy spaces develop between European frameworks, nation-state policies as well as regional and local implementations. The analysis is based on regional discourses of German and Polish newspapers with the highest circulation in the border area. The combination of a discourse analysis and a multidimensional, space-theoretical approach overcomes a simplification of socio-spatial strategies enables a differentiation of the borderlands. Additionally, the examination of the discursive practices provides insights on scaling and network activities as well as on strategies of placeprotection in socio-material energy spaces in the German-Polish
borderland.
Groundwater samples were collected from 63 community wells and boreholes within south-western part of Ashanti Region of Ghana to examine their hydrogeochemical characteristics and elemental features to better understand the sources and mobilization processes responsible for arsenic (As) enrichment as well as the suitability of the groundwater for domestic and agricultural purposes. In addition, gold mine tailings dams were also investigated to ascertain the potential source of As and other trace metals (Fe, Cu, Mn, and Zn) contamination and their dissolution into the adjoining environmental media. Further, two point-of-use As removal technologies were evaluated for their effectiveness and appropriateness. A transparent small volume flow-through cell coupled with a calibrated hand held YSI® Multi-Parameter Water Quality Meter (Model YSI 6 l0-DM/600XL) was used simultaneously to measure indicator field parameters. Anions and cations were determined simultaneously in groundwater samples using Metrohm 761 Compact IC and Dionex 4500i IC system, respectively. Total As and trace metals analysis of the groundwater samples and gold mine tailings were performed on electrothermal and flame atomic absorption spectrometry. As speciation were performed using disposable cartridges. Spatial distribution maps were produced for hydrogen ion concentration (pH), total dissolved solids (TDS), total hardness (TH), electrical conductivity (EC), sodium adsorption ratio (SAR), residual sodium carbonate (RSC) and percentage sodium (% Na) using the geographic information system (GIS). Results for the analysis of groundwater samples from 63 boreholes and wells (depth 1.5-100 m) within the study area demonstrate that the groundwater composition varies from Ca–Mg–HCO3 to Na–K–HCO3 and anoxic in nature. As concentrations ranged from <0.1-72 µg/L and <0.1-83 µg/L during the dry and the wet seasons, respectively. High As concentrations were generally present in the shallow to medium depth (20-70 m) of the aquifer along with high Fe ranging from <0.01-12.3 mg/L and <0.01-16.3 mg/L during the dry and the wet seasons, respectively and relatively low Mn (1.8-498.0 µg/L during the dry season and 2.3-583.8 µg/L during the wet season). The data demonstrated that 59 % of the groundwater samples contained no detectable level of As, 17 and 22 % of the samples gave results with levels of As above the World Health Organization (WHO) guideline value for drinking water standard of 10.0 µg/L, while 24 and 19 % of the samples showed results below the WHO drinking water guideline value during the dry and the wet seasons, respectively. Dissolved inorganic As species predominate with arsenite (As-III) as the main form. It appears that high As concentrations in the study area result from the contribution of different mechanisms which can be grouped into two namely aquifers under oxidizing conditions (aided by sulphide alteration) and aquifers under reducing conditions resulting from the reduction dissolution of arseniferous iron oxyhydroxide that exist as a dispersed phase on the sedimentary grains of the aquifer. In addition, water residence time and different water use practices also influence As concentrations in the groundwater. The results of the gold mine tailings dam revealed elemental concentrations ranging up to 1752 mg/kg As, 75.16 wt.% Fe, 1848.12 mg/kg Mn, 92.17 mg/kg Cu and 177.56 mg/kg Zn. Sulphate was the dominant anion throughout the leachate, reaching a maximum dissolved concentration of 58.43 mg/L. The As concentration levels of the mine tailings were very much higher than the Netherlands soil protection guideline value of 55 mg/kg. A higher amount of the total As content in the mine tailings registered leaching levels in a range of 0.04–0.56 %. It was observed from the study that the groundwater was predominantly soft in nature and its pH in desirable range which is within safe limits for domestic use during the dry season while 82.8 % of the analyzed groundwater samples registered a non-desirable pH range (acidic) during the wet season. The results for the spatial distribution of pH, TDS, TH, EC, SAR, % Na and RSC of the groundwater samples analyzed generally appear to be within safe limits. The two point-of-use As removal technologies evaluated shown that the Three-earthen pot system is the most effective and appropriate technology. Moving forward, it is my anticipation that the findings of this study will serve as a master piece to advice policy makers, well and borehole owners about the dangers or potential risks associated with As and other trace metals in drinking water supplies sourced from groundwater and how these can be managed. In addition, this research has identified high-risk As-contaminated areas, potential health issues, methodology for assessing As in groundwater, and a broad outline of two point-of-use As treatment options which can target risk populations to protect public health and help shape the national, regional, municipal and districts water monitoring policies.
Das deutsche Energieversorgungssystem soll bis zum Jahr 2050 umfassend transformiert werden. Auch wenn es auf dem Pfad zur vollständigen Dekarbonisierung der Energieversorgung noch eine Vielzahl technischer Herausforderungen gibt, ist davon auszugehen, dass an der politischen Ambition einer treibhausgasneutralen Energieversorgung bis spätestens zum Jahr 2045 festgehalten wird. Klimaschutz ist jedoch nur eine Dimension im Spannungsfeld Energiewende. Es gilt, Ökologie, Wirtschaftlichkeit, technische Realisierbarkeit und Versorgungssicherheit sowie gesellschaftliche Aspekte in Einklang zu bringen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen wissenschaftlichen Beitrag zur Untersuchung eines durch erneuerbare Energieanlagen dominierten Energieversorgungssystems im Jahr 2050 zu leisten. Die Einspeisung elektrischer Energie aus Wind- und Photovoltaikanlagen unterliegt jedoch hohen Fluktuationen. Aus diesem Grund sind im zukünftigen Energieversorgungssystem hohe temporäre Energieüberschüsse und -defizite zu erwarten.
Eine mögliche Lösung könnte hierfür die Sektorenkopplung darstellen. Die vollständige Kopplung dieser Sektoren würde es ermöglichen, hohe Energieüberschüsse sinnvoll zu verwenden oder auftretende Energiedefizite auszugleichen. Bedingt durch die fluktuierende EE-Einspeisung sind die Potenziale zur Nutzung von überschüssiger elektrischer Energie in anderen Energie- und Wirtschaftssektoren im Zeitverlauf jedoch nicht konstant. Aus diesem Grund erscheint es sinnvoll, die Diskussion über Sektorenkopplungspotenziale auf zeitlich und räumlich aufgelöste Untersuchungen zu stützen. Ohne die Prognose und Modellierung von zeitlich und räumlich hoch aufgelösten Einspeise- und Lastzeitreihen ist es nicht möglich, zielführende Aussagen über Sektorenkopplungspotenziale und eine bedarfsgerechte Energiebereitstellung im zukünftigen Energieversorgungssystem zu treffen.
Zur Quantifizierung und Prognose zukünftiger Sektorenkopplungspotenziale wurde im Rahmen dieser Dissertation ein vielseitig einsetzbares Energiemodell entwickelt und detailliert vorgestellt. Hierbei handelt es sich um eine modular aufgebaute, Microsoft Excel-basierte Lösung in Verbindung mit Visual Basic for Applications. So ist es möglich, das Modell auf jedem modernen Windowssystem ohne weitere Software zu verwenden. Das Energiemodell wurde anschließend auf eine geeignete Modellregion für das Jahr 2050 angewendet. Im Energiemodell werden elektrische Erzeugungs- und Lastzeitreihen in stündlicher Auflösung für bis zu 200 Modellknoten (räumliche Auflösung) ermittelt, miteinander verrechnet und auf mehreren Modellebenen aggregiert. Am Beispiel der gewählten Modellregion konnten so die Sektorenkopplungspotenziale im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse umfangreich diskutiert werden. Damit war es möglich, die Forschungsfragen dieser Dissertation detailliert zu beantworten.
Unternehmen der Umformtechnik sehen sich vermehrt steigenden Anforderungen bei schwankenden Einflussfaktoren ausgesetzt. Für eine wirtschaftliche Fertigung sind Pressen erforderlich, die sich den steigenden Anforderungen und schwankenden Einflussfaktoren anpassen und mit möglichst hoher Produktivität, Qualität und Wirtschaftlichkeit eine breite Produktpalette fertigen können.
Unter diesen Voraussetzungen bietet sich der Einsatz von kraftgebundenen Servospindelpressen an. Diese ermöglichen frei programmierbare Stößelbewegungsprofile und stellen die Nennkraft über den gesamten Stößelhub zur Verfügung. Allerdings erfüllen die bekannten Servospindelpressen die Forderung nach wandlungsfähigen Pressen, welche an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden, besonders die Änderung der Abfolge von Teilprozessen und der Austausch von Maschinenkomponenten, nur sehr eingeschränkt. Aus diesem Grund wird ein neuartiges wandelbares Pressensystem entwickelt. Dieses soll dem Anwender weitreichende Vorteile bringen: Die Nennkraft des Pressensystems wird auf mehrere, in Durchlaufrichtung der Teile frei positionierbare und miteinander koppelbare Pressenmodule mit eigenen Pressenantrieben und -stößeln aufgeteilt. Durch Servospindelantriebe werden prozessangepasste Stößelbewegungsprofile für einzelne Teilprozesse ermöglicht. Dies erlaubt eine wandelbare Anordnung von Teilprozessen, wodurch die Prozesskette skaliert werden kann. Unterstützt wird die Wandlungsfähigkeit des Pressensystems, indem es durch den Anwender erweitert werden kann und sich weitere Prozesse wie Schweißen, Löten oder Kleben integrieren lassen.
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung des beschriebenen wandlungsfähigen Pressensystems mit Servospindelantrieb für die Komplettbearbeitung von kleinen Bauteilen. Grundlage bildet die Untersuchung des Standes der Pressentechnik und der Methoden der Produktentwicklung. Der Entwicklungsprozess wird in die Phasen Anforderungsfindung, Konzeptfindung und Entwurfsfindung gegliedert. Zur Überprüfung wird aus dem Entwurf ein Prototyp ausgearbeitet. Im Anschluss werden Maßnahmen zur Produktstrukturierung durchgeführt, aus denen die Weiterentwicklung des Entwurfes zu einer Typengruppe und einem Baukastensystem resultiert. Zum Abschluss wird das Pressensystem bewertet, sein Einsatzspektrum beschrieben und das Pressensystem innerhalb bestehender Pressen eingeordnet.
In der europäischen Baukultur stehen Schlösser, Burgen und Country Houses für politische und soziale Macht. Die Gestaltung sowie Funktion dieser Bauten und deren Umgestaltung lassen Schlüsse über die jeweiligen Bauherren und Architekten zu, so dass spezifische und allgemeine Ansprüche der Gesellschaft für die jeweiligen Zeitschichten verdeutlicht werden. Heute ist das Sichern des Fortbestehens dieser meist denkmalgeschützten Bauten in Zeiten von staatlichen Mittelkürzungen und des Klimawandels schwierig. Für diese Ausgangssituation ist ein autarkes Denkmal, das sein Bestehen aus sich selbst heraus sichert, ohne seiner Substanz zu schaden, der wertvollste Lösungsansatz. Ein solches Beispiel wird in der Dissertation in seiner Gesamtheit analysiert. Anhand der Auswertung verschiedener Quellen wird betrachtet, in welchen Schritten die Eigenständigkeit von Eastnor Castle, Herefordshire, entstand. Die Basis für die Analyse beschreibt der Denkmalwert des Country House, der sich aus einer baugeschichtlichen Untersuchung und architekturhistorischen Einordnung ergibt. Den historischen Wert erhält das von Historic England als Grade I eingestufte Baudenkmal aus den mannigfaltigen Zeugnissen der Familien Cocks, Somers und Somers-Cocks, die diesen Bau über mehrere Jahrhunderte prägen. Darüber hinaus stellt Eastnor Castle ein frühes Werk des Architekten Robert Smirke dar, der im Verlauf seiner Karriere viele architektonisch einflussreiche Bauten entwirft. Ferner besitzt Eastnor Castle einen künstlerischen Wert, da es als kompletter Neubau der Regency Ära durchgängig im Norman Style entworfen und aus Bauten wie Lowther Castle, Cumbria, und Warwick Castle, Warwickshire, entwickelt wird. Ähnliche Country Houses als reine Ausprägung dieser Baustilrichtung existieren nur wenige wie beispielsweise Penrhyn Castle, Gwynedd. Eastnor Castle besitzt ferner Raum- und Mobiliargestaltungen im Norman Style sowie das sehr gut erhaltene Interieur des Gothic Drawing Room, welches A.W.N. Pugin am Ende seiner Architekturkarriere entwirft. Diese Raumgestaltung ist eines seiner am besten erhaltenen Interieurs, das gestalterisch für die internationale Architekturbewegung des Puginism steht. Darüber hinaus besitzt Eastnor Castle eine technikgeschichtliche Bedeutung, da Robert Smirke einerseits neue Baumaterialen wie Eisenträger verwendet und es andererseits in einem neuen Bauablauf errichtet. Außerdem prägen Eastnor Castle und sein Vorgängerbau Castle Ditch die Region der Malvern Hills nachhaltig. In einem zweiten Schritt untersucht die Arbeit die heutige Nutzung des Denkmals und wertet sie aus. Eine wichtige Rolle hierbei spielt das bestehende Funktionsdreieck aus Wohnhaus, Denkmal und Event-Stätte. Das Ausbalancieren dieses Dreiecks hat oberste Priorität und bildet die Grundlage für das autarke Fortbestehen des Denkmals. Einzelne Erkenntnisse dieser Untersuchung können schließlich als Resultate der Arbeit verallgemeinert und übertragen werden.
Um eine höhere Sensitivität für seltene Physikereignisse zu erzielen, wird die Luminosität am LHC in der dritten Upgrade-Phase um den Faktor fünf gesteigert. Die damit verbundene Steigerung der Wechselwirkungsrate bedingt für den CMS-Spurdetektor strahlungshärtere Sensoren. Um das geeignetste Material zu finden, wurde die HPK-Kampagne gestartet. Ziel der Kampagne ist es, die auf dem Markt verfügbaren Siliziumsubstrate und Prozesstechnologien auf ihre Eignung zu überprüfen.
In der vorliegenden Arbeit wurden aus der HPK-Kampagne die sogenannten MPix-Sensoren untersucht. Dafür wurde zunächst eine Probestation in Betrieb genommen und die Steuerungssoftware programmiert. Zusätzlich wurden neuartige Auswertungsmethoden entwickelt und eine Datenbank eingerichtet. Zur Untersuchung der Änderung der Sensoreigenschaften durch Bestrahlung wurden die MPix-Sensoren zunächst vor der Bestrahlung charakterisiert und die Ergebnisse anschließend mit den Ergebnissen nach Bestrahlung verglichen. Der Untersuchungsfokus lag auf dem Einfluss des Sensorsubstrats, der Produktionstechnologie und der Bias-Strukturen und der Strahlenhärte. Durch Bestrahlung degenerierten die Sensortypen unterschiedlich stark. Der Anstieg des Stromes durch Bestrahlung ist kleiner für Sensoren aus Magnetic-Czochralski-Silizium verglichen mit Sensoren aus Float-Zone-Silizium. Für Sensoren aus Float-Zone-Silizium ist der Stromanstieg schwächer für 200 µm dicke Sensoren verglichen mit 320 µm dicken Sensoren. Bias-Strukturen aus Polysilizium und Punch-Through-Struktur werden durch die Bestrahlung geschädigt. Bei Strukturen aus Polysilizium steigt der Widerstand durch Bestrahlung um etwa 50% und bei der Punch-Through-Struktur steigt die Punch-Through-Spannung um den Faktor zwei.
Die Arbeit Raumzeitliche und soziale Entwicklung der Stadt Recife im 20. Jahrhundert. Eine Analyse des Werdens von Raum ist eine empirische Forschung. Die existierenden sozial-räumlichen Verbindungen zwischen Stadtbezirken in Recife werden wissenschaftlich untersucht, weil im persönlichen Erleben der Metropole ich erfahre, dass der Kontaktraum der Stadt, sich anders darstellt als der durch Barrieren physisch gekennzeichnete segregierte Raum es erwarten lässt. Meine Hypothese ist, dass sich Stadtgebiete sozial wie räumlich stark voneinander unterscheiden, jedoch die Interaktionen der Stadtbewohner sich positiv auf die gebaute Stadtstruktur auswirken. Die Forschung orientierte sich bei der Datenerhebung (qualitative Interviews, Stadtspaziergänge, Plananalyse, Gesetzesanalyse, Mental maps, Auswertung statistischer Daten, Sekundärliteratur) an den Aspekten der Raumsoziologie Martina Löws, Spacing und Syntheseleistung. Die Analyse der erhobenen Daten wurde mithilfe der Theorie der Produktion des Raumes von Henri Lefèbvre ausgewertet. In der Arbeit wurde die Stadt Recife in seiner Gesamtheit aufgenommen und in die Analyse des Werdens von Raum überführt. In der sozialen Praxis wurde die durch Bauten geschaffene Segregation akzeptiert, sie nahm diese aber als sozial inexistent wahr. In der räumlichen Konfiguration Recifes trat die Stadt als Mittlerin zwischen dem Staat beziehungsweise dem Weltmarkt und dem Privatem auf und bot das Aktionsfeld, auf dem Konflikte ausgetragen wurden. Bei diesen mal das Eine und mal das Andere überwog. Die Stärke des abstrakten Raumes, der Industrie und des Weltmarktes, gab es in Recife ebenso wie die zahlreichen und akzeptierten Demonstrationen, Kundgebungen und sozialen Veranstaltungen, die für den differenziellen Raum standen. Man akzeptierte zum Beispiel illegales Stromzapfen von einer landesweit agierenden Telefongesellschaft ebenso wie das offensichtliche Stromzapfen von bedürftigen Privatleuten. Die Forschungsarbeit lässt das Postulat zu, dass Recife differenziellen urbanisierten Raum produziert. Dieser differenzielle Raum ist historisch gewachsen und durch die Verfassung Brasiliens auch geschützt. Die Analyse des Werdens von Raum, die über die Integration der Forschungsdaten in die Formanten der lefèbvreschen Theorie der Produktion des Raums realisiert wird, gibt die Möglichkeit Heterogenität und Vielschichtigkeit des Werdens von Raum zu analysieren. Die dialektische Analyse des Werdens von Raum für weitere Stadtgebiete weltweit durchzuführen, um damit eine vergleichende Analyse des Werdens des Raums durchzuführen, ist gegeben.
Within the last decades, the number of social networks is growing fast. The competition of retaining the customers to grow their platform and increase their profitability is rising. That is why companies need to detect possible churners to retain these. The problem of predicting the users’ lifetime, churning users, and the reasons for churning can be tackled by using machine learning.
The goal of this bachelor thesis is to build machine learning models to predict user churn and the user lifetime within the social network Jodel, a location-based anonymous messaging application for Android and iOS.
To get the best possible prediction results, we have started with extensive literature research, whose approaches we have tested and added to a machine learning pipeline to build predictive models. With these models, we have investigated the performance after different observation time windows and have finally compared the strongest models to detect similarities and understand the insights to learn their behaviour.
The results of this thesis are machine learning models for a selected representative set of communities varying in size within the Kingdom of Saudi Arabia and a country model leveraging all data. These models are used for a regression task by predicting the lifetime of a user and a multi-label classification of a user into six different churn classes. Additionally, we have also given models for a binary classification, where the model will predict if the user will churn within a given time or not. These models have shown general strong predictive power, which is shrinking when limiting the observation time window. Especially the binary classification yielded high accuracy of over 99%.
The best models have been used for predicting user churn within other communities to detect communities with possible similar behaviour. These similarities then have been determined by features’ importance, where the most important features have got fed back into empirics. This has shown statistically significant differences between user groups with a different active time but as of today no clear trends were visible that had led us to define the communities’ behaviours.
Since the competition of social networks is still growing, the retaining of users will stay a core marketing strategy, which will need to be tackled by machine learning and artificial intelligence. The created models could be useful for predicting churning users within the platform Jodel to detect these customers that will churn within a given time.
Researches did not focus much on anonymous and location-based messaging. That is why the results of this thesis on the anonymous messaging application Jodel opens a variety of possible tasks for the future in this context.
Untersuchung von aktuellen Trends und Herausforderungen im Supply Chain Management in Deutschland
(2023)
Diese Studie untersucht die aktuellen Trends und Herausforderungen im Supply Chain Management (SCM) in Deutschland anhand von 16 Interviews, die von November 2022 bis Januar 2023 durchgeführt wurden. Die Studie deckt sechs Themenbereiche ab: aktuelle Ereignisse, Veränderungen im SCM, Nachhaltigkeit, Software, neue Technologien und Sichtbarkeit. Die am häufigsten genannten Herausforderungen waren Ressourcenverfügbarkeit, lange Durchlaufzeiten, Fachkräftemangel und preisbedingte Probleme. Die Experten wurden zu aktuellen Ereignissen wie Schwankungen der Rohstoffpreise, Chinas Null-Covid-Strategie und logistischen Engpässen befragt. Die Studie zeigt, dass die Lieferketten komplexer geworden und gewachsen sind und sich die Qualität der Vernetzung verbessert hat. Nachhaltigkeit wird immer wichtiger, und Zertifizierungen können deren Bedeutung belegen. Die Anpassungsfähigkeit von ERP-Systemen wurde kritisiert, und cloudbasierte Lösungen werden aus Sicherheitsgründen gemieden. Neue Technologien wie AR, VR, IoT, Big Data, KI, Additive Manufacturing und Blockchain haben Anwendungspotenzial im SCM. Experten halten Transparenz für wichtig, aber sie ist noch gering und hat das Potenzial, Risiken zu erkennen. Tracking und Tracing sind intern weit verbreitet, aber international gibt es Probleme. Die Studie liefert Erkenntnisse für Unternehmen, um sich anzupassen und weiterzuentwickeln, damit sie künftige Krisen besser bewältigen können.
Die vorliegende Bachelorarbeit analysiert systematisch die Einflüsse zweier Verstimmungseffekte auf das lineare Schwingungsverhalten von Turbinenlaufstufen am Beispiel zweier FE-Modelle. Zum einen wird der Einfluss der geometrischen Verstimmung anhand der probabilistischen Modellierung der Elastizitätsmodule pro Schaufel analysiert. Zum anderen wird der Einfluss einer linearen Approximation der Kontaktverstimmung analysiert. Dazu wird die modale Dämpfung pro Mode probabilistisch modelliert. Zur probabilistischen Modellierung kommen mehrere ausgewählte Wahrscheinlichkeitsverteilungen zum Einsatz.
Bei der Auswertung der FE-Simulationen wird zwischen geometrischer Verstimmung und gleichbleibender modaler Dämpfung sowie geometrischer Verstimmung und gleichzeitiger Variation der Dämpfung unterschieden. Im ersten Fall ergeben sich bis zu doppelte Amplituden im Vergleich zum unverstimmten Modell. Der Einfluss der zusätzlichen Dämpfungsverstimmung ist in den durchgeführten Simulationen deutlich größer als bei realen Messungen und führt bis zu einer 3,3-fachen maximalen Amplitude. Aufgrund dessen zeigt sich, dass der verwendete Ansatz der linearen Modellierung der Dämpfung nur bedingt anwendbar ist.
Darüber hinaus wird eine Methode zur Ermittlung der äquivalenten linearen Dämpfung anhand transienter Analysen für verstimmte Turbinenlaufstufen numerisch validiert. Die Grundidee ist die Bestimmung der linearen Dämpfung aus dem Verhältnis der Mittelwerte der Amplituden bei einer niedrigen und einer hohen Beschleunigungsrate. Die anhand der Methode bestimmte Dämpfung zeigt eine Abweichung im Bereich von maximal 10% im Vergleich zur tatsächlichen Dämpfung.
Ergänzend findet ein Vergleich der Ergebnisse der Finite Elemente Analyse und eines Reduced Order Codes auf Grundlage der Craig-Bampton Methode statt sowie der Vergleich zwischen zwei Sampling-Methoden, dem Simple Random Sampling und dem Latin Hypercube Sampling.
Die Arbeit trägt dem Sachverhalt Rechnung, dass Unschärfe in der Technologiefrühaufklärung als unvermeidbarer Teil der Realität akzeptiert werden muss, aber dennoch unter diesen Rahmenbedingungen Entscheidungen über die zukünftige technologische Ausrichtung von Unternehmen getroffen werden müssen. Hierzu fehlte bisher eine geeignete methodische Unterstützung und Vorgehensweise innerhalb des Technologiefrühaufklärungsprozesses. Die Arbeit leistet in diesem Zusammenhang einen Beitrag zur maßgeblichen methodischen Verbesserung der Technologiefrühaufklärung.
Das Ergebnis der Arbeit ist ein Prototyp eines wissensbasierten Fuzzy-Systems zur Entscheidungsunterstützung und Verbesserung der Entscheidungsgrundlagen innerhalb des Technologiefrühaufklärungsprozesses durch die Integration und systematische Weiterverarbeitung unscharfer Informationen sowie die Entwicklung systematischer Transformationsvorschriften zur Überwindung der methodischen Fragmentierung innerhalb des Technologiefrühaufklärungsprozesses. Das Anwendungspotential liegt insbesondere in einer realitätsnäheren Abbildung und inhaltserhaltenden Verarbeitung von unscharfem Expertenwissen sowie einem daraus resultierenden differenzierteren Informationsgehalt der Entscheidungsgrundlagen für die Ableitung von Entscheidungen und Strategien zur Sicherung der technologischen Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen.
Abschlusssachbericht zum AG Turbo Verbundforschungsprojekt COOREFLEX-turbo, Teilprojekt 1.3.6
In der industriellen Praxis beginnt die Entwicklung eines neuen Verdichters aufgrund der hohen Systemkomplexität stationärer Gasturbinen typischerweise mit einfachen, eindimensional mittelnden Modellen, mit denen bereits grundsätzliche Festlegungen getroffen werden können, und setzt sich über zweidimensionale Strömungsbetrachtungen fort bis hin zu dreidimensionalen CFD- und FE-Rechnungen.
Dies erfordert den Einsatz unterschiedlicher Experten aus verschiedenen Disziplinen der Aerodynamik, Strukturdynamik und Konstruktion, und ist verbunden mit einem hohen Aufwand an manuellem Datenaustausch zwischen den einzelnen Analyseprogrammen sowie einer Abstimmung zwischen den unterschiedlichen Auslegungszielen. Ziel des Forschungsvorhabens war daher die Automatisierung des multidisziplinären und bislang manuell und sequenziell ausgeführten Entwicklungsprozesses für den Verdichter einer stationären Gasturbine beim Industriepartner Alstom. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden die bereits in vorangegangenen Forschungsprojekten entwickelten Prozesse für die Auslegung von Flugtriebwerken auf die höhere Stufenanzahl von stationären Gasturbinen angepasst und entsprechend erweitert. Für die multidisziplinäre Optimierung von Verdichterschaufeln wurde zunächst ein geeignetes Geometriemodell definiert, welches aerodynamischen und strukturellen Anforderungen Rechnung trägt. Für die aerodynamische Bewertung der Verdichterschaufeln konnte die Q3D Auswertung um eine 3D-CFD Analyse ergänzt werden. Zur strukturdynamischen Analyse wurde ein Verfahren zur automatisierten Identifikation von Eigenformen entwickelt, um Eigenform-abhängige Bewertungen durchführen zu können. Durch die Implementierung von Datenbanken in der Verbindung mit Antwortflächenverfahren konnten die strukturellen und aerodynamischen Auswertungen in hohem Maße parallelisiert und ein effizienter, generischer multidisziplinärer Optimierungsprozess entworfen werden.
Die Konstruktion eingebetteter Systeme, die starke Realzeit-Anforderungen zu erfüllen haben, wird in den verschiedensten Anwendungsbereichen immer bedeutsamer, z. B. in der Medizin, der Transporttechnik oder der Produktionsautomatisierung. Formale Methoden unterstützen die fehlerarme Entwicklung solcher Systeme, weil sie auf einer präzisen mathematischen Grundlage aufbauen. Der Autor entwickelt einen geeigneten Modellierungsformalismus und effiziente Verifikationsverfahren für den Einsatz einer formalen Methode. Durch die Einführung eines Modulkonzepts wird die Modellierung auch großer Realzeit-Systeme systematisch unterstützt. Für die Verifikation werden effiziente BDD-basierte Algorithmen verwendet, wobei auch das Problem des Findens guter BDD-Variablenordnungen gelöst wird. Es werden sowohl Erreichbarkeitsanalyse als auch Verfeinerungsanalyse unterstützt. Die Praktikabilität der Ansätze zur Modellierung und Verifikation werden in verschiedenen Fallstudien aus den Bereichen der reaktiven Systeme und der Kommunikationsprotokolle demonstriert.
In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed.
The main focus of the presented research is the development and experimental study of radiation-tolerant clock generation circuits intended for applications in high energy physics (HEP). Clock synthesis and the synchronization of systems on the scale of large experimental detectors is an important aspect of their successful implementation and a necessity for achieving their anticipated performance. Developments in this area to increase radiation tolerance and performance are motivated by emerging requirements for clock generation and distribution.
The thesis reviews the requirements of existing and emerging systems with regards to radiation-tolerant clock generation. To characterize clock generation circuits and adequately assess their conformity with the identified requirements in radiation tests, a number of methods and instrumentation setups are developed and characterized. The presented approaches combine aspects of digital programmable logic, analog circuit design and and digital signal processing concepts.
To address design challenges in deep submicron CMOS nodes, the design of radiation-tolerant all-digital PLL and CDR circuits is explored in this thesis. These circuits promise opportunities to improve the radiation tolerance of clock generators, and hence this thesis devises the design of a radiation-tolerant ADPLL/CDR circuit compatible with requirements of high energy physics (HEP) electronics. Using radiation testing, the sensitivity of the circuits is studied and mitigation strategies for identified limitations are discussed. Three such ADPLL/CDR circuits are developed and tested in the form of macro blocks targeting applications in frontend ASICs for high energy physics. The circuits demonstrate jitter performance, power efficiency and radiation tolerance comparable to or better than currently used conventional PLL circuits.
As a final aspect, the improved testing instrumentation and methodology developed within this thesis is applied to uncover a previously unrecognized radiation sensitivity in a conventional, radiation-hardened clock generator circuit. An integrated planar on-chip inductor is experimentally identified as responsible for this sensitivity. Irradiation tests are performed to study and characterize the nature of this sensitivity. The results suggest that energy deposition, likely within dielectric materials surrounding the inductor wiring, alters the inductor's terminal impedance. This stimulates frequency errors with long recovery times in the oscillator. The manifestation of this effect in HEP radiation environments is studied using proton irradiation, where a mitigation strategy is experimentally validated. A reduction of the impact of this sensitivity is demonstrated. To help conclusively identifying the underlying mechanism responsible for the sensitivity within the inductor itself, further research opportunities are suggested.
Vor dem Hintergrund der aktuellen, durch die SARS-CoV-2-Pandemie bedingten, Schulschließungen informiert diese Sonderauswertung der HBSC-Studie im Auftrag des Ministeriums für Bildung, Jugend und Sport des Landes Brandenburg über Rahmenbedingungen für digital unterstützten Heimunterricht. Es werden Befragungsdaten zur familiären Unterstützung sowie zur Verfügbarkeit von Computern und Heimarbeitsplätzen bei SchülerInnen der Jahrgangsstufen 5, 7 und 9 in Brandenburg präsentiert.
Vorgestellt wird ein Interventionsansatz für Mobbing in der Schule. Er beruht auf der Grundannahme, dass Mobbing an Schulen ein multifaktoriell bedingtes Phänomen mit Determinanten auf individueller, sozialer und kontextueller Ebene ist. Der Interventionsansatz ist durch eine ganzheitliche, kooperative Herangehensweise gekennzeichnet. Er beruht auf Forschungsbefunden zu Lehrerkompetenzen im Umgang mit Mobbing sowie zur Wirksamkeit spezifischer Interventionsstrategien. Wichtige Anregungen lieferten der No Blame Approach sowie weitere Interventionsprogramme und -empfehlungen.
Beschrieben wird ein grundlegendes Vorgehen in fünf Teilschritten, das je nach Art des Mobbingfalls adaptiert werden kann. Variationen betreffen insbesondere das Ausmaß der notwendigen Kooperationen, den Einbezug externer psychosozialer Beratungsangebote sowie das Ausmaß der Konfrontation, mit der den mobbenden Lernenden begegnet wird.
Die neu aufgelegte Handreichung des Instituts für Stadtplanung an der BTU Cottbus - Senftenberg steht den Studierenden als Ratgeber für wissenschaftliches Arbeiten zur Verfügung. Sie beinhaltet formale Anforderungen an schriftliche Studienleistungen wie Hausarbeiten, Bachelor- oder Masterarbeiten, Thesenpapiere, Essays, Exposés, Abstracts oder Lerntagebücher. Verschiedene Zitierstile, direkte und indirekte Zitation etc. werden ausführlich erläutert. Neben dem Zitieren von Rechtsvorschriften, Gerichtsentscheidungen und Internetquellen wird der Umgang mit Abbildungen und Karten detailliert dargestellt.
Der stete Zuwachs des Erzeugungsleistungs- und Energieaufkommens aus erneuerbaren Energien (EE) wirkt sich immer deutlicher auf die elektrischen Energieversorgungsnetze aus. Die Folge: Hohe Leistungsgradienten der Erzeugung und kritische Auslastungsgrade der Übertragungs- und Verteilnetze. Räumlich verteilte Energiespeicher können helfen, die EE besser zu integrieren und resultierende negative Effekte zu egalisieren.
Der durch die Bundesregierung proklamierte Entwicklungsplan der sog. Energiewende fordert eine deutliche Zunahme des Anteils der EE und der Elektromobilität. Diese auch zukünftig gewünschte Entwicklung könnte die gegenwärtig betriebenen Energieversorgungsnetze weiter stärker belasten.
Die vorliegende Arbeit bietet einen möglichen Lösungsbeitrag der Elektrofahrzeuge als Speichertechnologie für die Bewältigung der Herausforderung der netzverträglichen Integration von EE und Elektromobilität. Hierzu wird ein Konzept zur Einbindung mobiler Speicher (Elektrofahrzeuge mit V2G-Fähigkeit) vorgestellt. Dieses Konzept wird in einem Reallabor an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg evaluiert. Insbesondere die Informations- und Kommunikationstechnologie zwischen Elektrofahrzeug, Ladesäule und einem Aggregator wird eingehend betrachtet, denn sie bildet einen Grundpfeiler der Nutzbarmachung mobiler Speicher.
Hinsichtlich der eingesetzten prozessualen Intelligenz zur Bewältigung nötiger Verfahren und Methoden werden ein Lademanagementsystem für die Ladesäulen und ein Energiemanagementsystem für den Aggregator eingeführt. Beide lassen die externe Verwaltung der Prozesse durch einen Betreiber zu. Es folgt eine Untersuchung der empirischen Verfügbarkeit der Elektrofahrzeugflotte während eines mehrmonatigen Betrachtungszeitraumes. Die Auswertung und Analyse dieser Verfügbarkeit liefert konkrete Ergebnisse hinsichtlich einer Abschätzung zukünftiger Nutzungspotentiale eines mobilen Speichers. Abschließend werden zu erwartende Auswirkungen der Nutzung der mobilen Speicher auf die kalendarische sowie zyklische Alterung der Traktionsbatterie diskutiert.
In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer neuartigen fasergekoppelten Wellenleiterweiche beschrieben, womit erstmals das Anwendungspotential elektrooptisch induzierter Wellenleiter für komplexe faseroptische Anwendungen aufgezeigt wird. Die entwickelte Wellenleiterweiche kann das Licht einer Glasfaser auf zwei Glasfasern sowohl wechselseitig schalten als auch mit steuerbarem Leistungsverhältnis aufteilen. Hierzu wird das Prinzip elektrooptisch induzierter Wellenleiter genutzt. Bei diesem Prinzip entsteht in einer aus elektrooptischem Material bestehenden Schicht durch die lokale Brechzahländerung infolge eines elektrischen Feldes oberhalb einer Elektrode ein reversibler Wellenleiter. In den mittels Halbleitertechnologien gefertigten Wellenleiterstrukturen dient das flüssigkristalline Nematogen 5CB als elektrooptisches Material. Hierbei besitzt dessen paranematische Phase eine hohe Transmission über einen breiten Wellenlängenbereich, einen ausgeprägten elektrooptischen Kerr-Effekt und eine Relaxationszeitkonstante kleiner einer Mikrosekunde. Neben dem Kerr-Effekt treten in paranematischen Flüssigkristallen elektrooptische Effekte höherer Ordnung und ein für die Anwendung kritischer feldinduzierter nematisch-paranematischer Phasenübergang auf. In diesem Zusammenhang wird die Eignung paranematischer Flüssigkristalle hinsichtlich der Verwendung in elektrooptisch induzierten Wellenleitern mittels des im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Dünnschichtrefraktometers untersucht.
In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer neuartigen fasergekoppelten Wellenleiterweiche beschrieben, womit erstmals das Anwendungspotential elektrooptisch induzierter Wellenleiter für komplexe faseroptische Anwendungen aufgezeigt wird. Die entwickelte Wellenleiterweiche kann das Licht einer Glasfaser auf zwei Glasfasern sowohl wechselseitig schalten als auch mit steuerbarem Leistungsverhältnis aufteilen. Hierzu wird das Prinzip elektrooptisch induzierter Wellenleiter genutzt. Bei diesem Prinzip entsteht in einer aus elektrooptischem Material bestehenden Schicht durch die lokale Brechzahländerung infolge eines elektrischen Feldes oberhalb einer Elektrode ein reversibler Wellenleiter. In den mittels Halbleitertechnologien gefertigten Wellenleiterstrukturen dient das flüssigkristalline Nematogen 5CB als elektrooptisches Material. Hierbei besitzt dessen paranematische Phase eine hohe Transmission über einen breiten Wellenlängenbereich, einen ausgeprägten elektrooptischen Kerr-Effekt und eine Relaxationszeitkonstante kleiner einer Mikrosekunde. Neben dem Kerr-Effekt treten in paranematischen Flüssigkristallen elektrooptische Effekte höherer Ordnung und ein für die Anwendung kritischer feldinduzierter nematisch-paranematischer Phasenübergang auf. In diesem Zusammenhang wird die Eignung paranematischer Flüssigkristalle hinsichtlich der Verwendung in elektrooptisch induzierten Wellenleitern mittels des im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Dünnschichtrefraktometers untersucht.
Die Institutionalisierung eines organisationalen Feldes : das Beispiel der Elektrizitätswirtschaft
(2007)
In Übereinstimmung mit dem neoinstitutionalistischen Ansatz können Institutionen als verallgemeinerte Verfahren der Praxis definiert werden, deren Geltung innerhalb sozialer Systeme die größtmögliche nämlich allgemeine Ausdehnung zukommt und die im Zweifel so ausgelegt sind, dass nicht kampf- und kostenlos von ihnen abgewichen werden kann. In diesem Sinne regulieren Institutionen soziales Handeln; sie ermöglichen es jedoch auch erst. In neoinstitutionalistischen Untersuchungen wird folgerichtig auf die Bedeutung von Institutionen verwiesen und auch regelmäßig gezeigt, dass Institutionen entstehen oder entstanden sind. Allerdings geschieht dies in der Regel anhand eines Vergleichs der Situation zum Zeitpunkt A (vor der Institutionalisierung) und zum Zeitpunkt B (nach erfolgter Institutionalisierung). Auf diese Weise können zwar Unterschiede zwischen verschiedenen Zuständen aufgedeckt werden, allerdings mangelt es an Darstellungen, die erklären, wie Institutionen entstanden sind, wie verschiedene Institutionen sich aneinander anlagern oder einander verdrängen, kurz: Welche Prozesse der Entstehung, Veränderung und Auflösung von Institutionen zugrunde liegen. Institutionalisierungsprozesse stellen gleichsam einen bilden Fleck des neoinstitutionalistischen Ansatzes dar. Am Beispiel Elektrizitätswirtschaft werden in dieser Arbeit Institutionalisierungsprozesse untersucht. Besondere Aufmerksamkeit ist dabei auf die Basisinstitutionen der Elektrizitätswirtschaft gerichtet. Mit den Richtlinien für den „Bau großer Elektrizitätswerke“ veröffentlichte Georg Klingenberg (1913 und 1914) am Vorabend des ersten Weltkriegs das grundlegende elektrizitätswirtschaftliche Konzept des 20sten Jahrhunderts, ein Konzept, das im Jahrzehnt nach dem ersten Weltkrieg zum nahezu unangreifbaren Dogma wurde. Dieses Konzept beruhte zum einen auf der Idee der „Großkrafterzeugung“, die eine Stromerzeugung in Großkraftwerken, eine koordinierte Einsatzplanung der Primärenergieträger sowie die Optimierung des Kraftwerkseinsatzes gestaffelt nach Grund-, Mittel- und Spitzenlastkraftwerken vorsah. Zum anderen wurde die Idee der Stromerzeugung in Großkraftwerken ergänzt um die Idee der Übertragung der elektrischen Arbeit über weite Strecken mittels eines Hochspannungsnetzes sowie der angebots- und bedarfsausgleichenden ‚Verbundwirtschaft’. Damit wurde der Grundstein für eine Doktrin der ‚economies of scale’ gelegt, welche die Elektrizitätswirtschaft seither stärker prägen sollte, als alle anderen Wirtschaftsbereiche. Von diesem Befund ausgehend, wird dann aus neoinstitutionalistischer Sicht die Transformation der ostdeutschen Elektrizitätswirtschaft und in einem weiteren Schritt die Liberalisierung der Elektrizitätswirtschaft behandelt
In regionalen Klimamodellen wird die untere Randbedingung durch Bodenmodelle bereitgestellt. Diese beinhalten Modellformulierungen, die eine große Anzahl an Eingabeparametern benötigen. Die exakte Bestimmung dieser Parameter stellt ein Problem dar, da sie für ein großes Gebiet in hoher räumlicher und teilweise zeitlicher Auflösung erfolgen muss. Die unterschiedlichen Bestimmungsmethoden tragen dazu bei, dass für viele Oberflächen- und Bodenparameter nur ein möglicher Wertebereich angegeben werden kann. Die Auswirkungen dieser ungenauen Kenntnis der Parameter auf die Ergebnisse regionaler Klimasimulationen mit dem CLM wurden untersucht. Für den LAI, den Vegetationsbedeckungsgrad, die Wurzeltiefe, die Vegetationsalbedo, den Stomatawiderstand, die Bodenart und die Wärmeleitfähigkeit konnten Veränderungen der Modellergebnisse im Jahresmittel von 2-6 W/m^2 der Energiebilanzgrößen und 0,25 K der 2m-Temperatur nachgewiesen werden. Im Monatsmittel ergeben sich Veränderungen bis 20 W/m^2 für die turbulenten Wärmeflüsse und bis 1,5 K für die 2m-Temperatur. Es konnte gezeigt werden, dass die resultierenden Unsicherheiten in den Modellergebnissen dabei räumlich und zeitlich variieren und stark vom Bodenwassergehalt beeinflusst werden. Die Benutzung zweier neuer Parameterdatensätze führte in den Simulationen zu einer Erwärmung bis 0,5 K im Jahresmittel und konnte damit die gegenüber Beobachtungsdaten vorhandene Temperaturabweichung von 1,5 K des Modells reduzieren.
Eines der am intensivsten untersuchten Probleme aus dem Bereich der Optimierung stellt das sogenannte Traveling Salesman Problem (TSP, in deutsch: Handlungsreisendenproblem) dar. Die Aufgabe hinter dem Handlungsreisendenproblem besteht darin, für eine gegebene Anzahl an Orten eine Route zu entwickeln, sodass die Gesamtlänge der Route minimal ist. Zudem darf kein Ort, bis auf den ersten, mehrmals besucht werden. Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, statistische Untersuchungen bezüglich der Tourlänge des TSP in Abhängig der Anzahl der besuchten Städte vorzunehmen, wobei der Fokus auf einer kleinen Anzahl von Städten liegt. Dazu wurde das Problem einerseits numerisch gelöst und die Verteilung der Lösungen analysiert. Für Teilaspekte wurden analytische Lösungen berechnet.
Mathematically, cryptographic approaches are secure. This means that the time an attacker needs for finding the secret by brute forcing these approaches is about the time of the existence of our world. Practically, an algorithm implemented in hardware is a device that generates a lot of additional data during calculation. Its power consumption, electromagnetic radiation etc. can be measured, saved and analysed for the key extraction. Such attacks - the side channel analysis attacks (SCA attacks) - are significant threats when applying cryptographic algorithms. By taking the issue of physical attacks into consideration when implementing a cryptographic algorithm, it is possible to design an implementation that is resilient - at least to a certain extend - against side channel analyses. In this report, we give implementation details of the IHP accelerator for the elliptic curve point multiplication. We analysed the implemented algorithm ow and its power consumption using simulated power traces for the 130nm CMOS IHP technology. We made a horizontal power analysis attack using the difference-of-means test with the goal of finding potential SCA leakage sources, i.e. finding the operations in the algorithmic ow that are responsible for the correct extraction of the cryptographic key.
Die Statistik zu Cybercrime-Straftaten zeigt auch nach der Covid-19-Pandemie keine Abnahme. Die fortwährende Präsenz von IT-bezogenen Delikten im Bundeslagebild Cybercrime des Bundeskriminalamtes unterstreicht die anhaltende Bedeutung der Verfolgung von Cyber-Straftaten für die allgemeine Kriminalitätsbekämpfung. Die Verfolgung von Cybercrime ist entscheidend für die Sicherheit von Bürgern, Unternehmen und Institutionen in Deutschland. Die steigende Anzahl von Cybercrime-Delikten steht im Kontrast zu einer stagnierenden Aufklärungsquote. Dies erfordert neue Herangehensweisen bei der Bearbeitung dieser Delikte. Daher wurde in dieser Arbeit eine grundlegende Methode entwickelt, die den spezifischen Anforderungen von Cybercrime-Delikten gerecht wird. Um eine geeignete Methode für die Bearbeitung von Cybercrime-Delikten zu entwickeln, wurden nicht-behördliche Methoden zur Bewältigung von Sicherheitsvorfällen analysiert. Dazu gehören computerforensische Ablaufmodelle, Bedrohungsmodelle und Frameworks für IT-Ermittlungen. Gleichzeitig wurden kriminalistische Prozesse betrachtet, die in der Bewältigung kriminalpolizeilicher Lagen Anwendung finden. Dies umfasst Methoden der kriminalistischen Fallanalyse, Versions- und Hypothesenerstellung sowie Untersuchungsplanung, unterstützt durch Kriterienkataloge. Das Ziel dieser Arbeit stellt die Entwicklung einer geeigneten Methode für die kriminalpolizeiliche Untersuchung von Cybercrime-Delikten durch die Verschmelzung von Methoden der Sicherheitsvorfallbehandlung und der kriminalpolizeilichen Lagebewältigung dar. Das entstandene KFA-Prozessmodell ermöglicht die Bewertung und Analyse von Sachverhaltsinformationen anhand eines eigenen Kriterienkatalogs, bildet die Grundlage für Synthese und Untersuchungsplanung und wurde an realen Fallakten evaluiert. Zusätzlich wurde eine eigene Beschreibungssprache in Form der KFA-Taxonomie entwickelt, die die Einordnung, Beschreibung und Vergleichbarkeit von Cybercrime-Delikten ermöglicht. Abschließend befasst sich diese Arbeit mit der Umsetzung der theoretischen Grundlagen in Form von Lehrinhalten für die breite Nutzung in Ausbildungen im Bereich Cybercrime. Dazu wurden verschiedene Szenarien entwickelt, die die Anwendung des KFA-Prozessmodells, seines Kriterienkatalogs sowie die Umsetzung der KFA-Taxonomie anhand verschiedener Cybercrime-Delikte in praktischen Übungen demonstrieren. Das KFA-Prozessmodell richtet sich an Ermittler der Cybercrime-Kommissariate und -Dezernate der Kriminalpolizei. Es bietet eine strukturierte Methode für die kriminalpolizeiliche Arbeit, erläutert den kriminalistischen Hintergrund von Delikten und ist auch ohne Vorkenntnisse im Bereich der Kriminalistik anwendbar. Diese Arbeit ermöglicht zudem Unternehmensermittlern die Integration kriminalistischer Methoden in die Sicherheitsvorfallbehandlung und verbessert die Untersuchung von Cybercrime in Unternehmensbereichen.
Konvergenz- und lösungsbedingte Senkungsvorgänge an der Südwestflanke des Staßfurt-Egelner-Salzsattels beeinträchtigen nach Beendigung des aktiven Salzbergbaus die Stadtentwicklung und Flächennutzung im Stadtgebiet Staßfurt. Der Fokus der vorliegenden Arbeit war die Analyse der hydrochemischen Beschaffenheit von Wässern und Lösungen und der potentiellen Wechselwirkungen der im Gebirge zusitzenden Lösungen mit den verschiedenen Mineralphasen des Gebirges, insbesondere des lösungssensiblen Zechsteinsalinars, anhand von hydrochemischen Interpretationen zur Herkunft und Genese der Wässer und Lösungen sowie mit Hilfe von hydrogeochemischen Modellrechnungen. Das Untersuchungsgebiet Staßfurt gehört zum Salzlandkreis und liegt ca. 35 km südlich von Magdeburg. An dem Staßfurter Sattel, der das Stadtgebiet quert, entwickelt sich vor ca. 160 Jahren ein intensiver Salzbergbau, in dessem Zuge sich eine vielfältige Industrie ansiedelte. Die hydrogeologischen Verhältnisse im Untersuchungsgebiet sind durch einen Stockwerksaufbau charakterisiert, der drei wesentliche Grundwasserkomplexe (GWK) umfasst: GWK 1 (Porengrundwasserleiter des quartären und tertiären Lockergesteinsstockwerkes), GWK 2 (Kluft-Poren-, Kluft- und Karst-Grundwasserleiter des Deckgebirgsstockwerkes), und GWK 3 (Kluft-Karst-Grundwasserleiter des Salinargebirges). Der GWK 3 ist vom GWK 2 durch den Roten Salzton (sofern er nicht subrosiv oder bergmännisch gestört ist) und das Leinesteinsalz hydraulisch getrennt. Es existieren jedoch in Störungszonen und den Bergschadensgebieten Bereiche mit hydraulischen Verbindungen zwischen beiden Aquiferen. Einige hydrochemische Anomalien im Deckgebirge (erhöhte Magnesium-, Kalium und Bromidkonzentrationen) sind möglicherweise auf eine Migration von Lösungen aus dem GWK 3 in den Buntsandstein zurückzuführen. Über den Kainit- und Gipshut besteht eine unmittelbare Verbindung des GWK 3 zum Lockergestein und den Gewässern. Vermutlich handelt es sich beim GWK 3, einschließlich der ehemaligen Grubenbaue, um ein teilweise offenes und durchströmtes System, in dem in Tiefen unter ca. −25 bis −50 mNN hochkonzentrierte und schwere Lösungen aus dem GWK 3 ins Nebengebirge abfließen und über den Gipshut geringer konzentrierte Wässer nachströmen, die sich aufsättigen. Die Wässer im Deckgebirge sind hydrochemisch durch gelöstes NaCl und CaSO4 dominiert. Die Konzentrationen nehmen generell mit der Teufe zu. Im GWK 2 wird die Halit-Sättigung im Gipshut am Kontakt zum Salzspiegel erreicht, der sich im zentralen Sattelbereich (Kontakt zum Staßfurt-Steinsalz) in ca. 100 m Teufe befindet. Im bisher aufgeschlossenen Buntsandstein konnten keine NaCl-gesättigten Lösungen nachgewiesen werden. Im Gipshut treten erhöhte Anteile an Magnesium und Kalium in den Deckgebirgslösungen auf, die auf Kontakte zu den Lösungen des GWK 3 zurückzuführen sind. Im Unteren Buntsandstein wurden nur vereinzelt erhöhte Magnesium-, Kalium- und Bromid-Gehalte nachgewiesen, die z.T. auf Lösungsmigrationen zwischen Caprock und Buntsandstein, z.T. aber auf Migrationen aus dem tiefem Salinargebirge (Hauptanhydrit/Grubenbaue) in den Buntsandstein hinweisen und ein weiteres Indiz für ein zumindest teilweise offenes System im GWK 3 sind. Die Lösungen im GWK 3 sind bei NaCl-Sättigung durch hohe Magnesium-, Kalium- und Chloridgehalte geprägt, wobei mit der Teufe eine Zunahme der Mg-K-Cl-Komponente auf Kosten der Na-Cl-Komponente erfolgt. Hydrochemische Modellierungen zeigen, dass die Lösungen ab ca. −100 mNN Teufe die Sättigung an Sylvin und ab etwa −150 mNN Teufe die Sättigung bezüglich der primären Kali-Salze Carnallit und Kainit erreichen. Bis ca. −200 mNN treten im GWK 3 jedoch auch Mischungen mit Deckgebirgswässern auf, die noch nicht vollständig gesättigt sind. Die gegenüber den Kali-Salzen gesättigten Lösungen befinden sich hydrochemisch nahe der Paragenese Q mit annähernder Sättigung an Carnallit, Sylvin, Halit, Kainit bzw. vermutlich leichter Übersättigung an Kainit. Dieses stellt einen chemisch metastabilen Zustand gegenüber den unverritzten Bereichen des Kaliflözes Staßfurt dar. Die theoretisch mögliche Entwicklung der Lösungen zur Paragenese R (gesättigt an Halit, Carnallit, Kainit, Sylvin, Kieserit und Anhydrit) ist trotz des im Salinar vorhandenen Kieserites derzeit nicht zu beobachten. In Teufen oberhalb −200 mNN liegt das geschilderte, zumindest teilweise offene System vor und es besteht z.T. weiterhin Lösungspotential gegenüber dem Kaliflöz Staßfurt. Die Lösungsprozesse sind hier vor allem hydrodynamisch kontrolliert und vom Ausmaß der Migration von Deckgebirgslösungen in den GWK 3 (speziell das Kaliflöz Staßfurt) abhängig. Ein Teil der aktuellen Maxima der Oberflächensenkungen sind möglicherweise auf fortgesetzte Subrosion im Kaliflöz Staßfurt in diesem offenen System zurückzuführen.
Die neue Pflegeausbildung gestalten : eine Handreichung für
Praxisanleiterinnen und Praxisanleiter
(2020)
Mit Beginn des Jahres 2020 gibt es eine neue Pflegeausbildung mit dem Abschluss Pflegefachfrau bzw. Pflegefachmann, die die bisherigen Ausbildungen in der Altenpflege, Gesundheits- und Krankenpflege und Gesundheits- und Kinderkrankenpflege zusammenführt.
Diese neue Ausbildung mit ihren neuen Rahmenlehrplänen und Rahmenausbildungsplänen stellt Lehrende an den verschiedenen Lernorten vor große Herausforderungen. Die von den Bundesländern Berlin und Brandenburg geförderten Projekte CurAP (EHB/Berlin) und Neksa (BTU/Brandenburg) unterstützen Schulen und Einrichtungen bei der curricularen Gestaltung.
Die innerhalb dieser Projekte entstandene Handreichung richtet sich an Lehrende in der Praxis, die Auszubildende während der Praxisphasen in dem neuen Beruf anleiten.
Die Handreichung zeigt auf, wie es gelingen kann, als Ausbildungsträger attraktiv zu sein, stellt grundlegende Forschungsergebnisse zum Lernen in der Pflegepraxis vor, beschreibt, in welcher Beziehung der Rahmenausbildungsplan, der betriebliche Ausbildungsplan und die individuelle Anleitung stehen, und führt aus, wie eine kompetenzorientierte Einschätzung von Leistungen in der Pflegepraxis erfolgen kann.
Neben Informationen und gedanklichen Anregungen bietet die Handreichung viele konkrete Beispiele für die konkrete Umsetzung in der Anleitungspraxis.
Based on a longitudinal study of a Pupil Referral Unit (PRU) in England for children excluded from mainstream schools and utilising a moral economy lens, this article explores how solidarity is created and maintained in a very particular community of teachers and learning support assistants (LSAs). A moral economy approach highlights the centrality of people’s moral norms and values for understanding the multi-layered dimensions of solidarity in organisations and how it changes in the context of transformations in the labour process. The article illustrates how teachers and LSAs rely on mutuality, underpinned by moral norms of justice, and values of care, dignity and recognition, to cope with physically and emotionally demanding work that is under-resourced and undervalued. The analysis reveals that solidarity is not only against unjust workplace regimes, but also for connectivity and a humanised labour process.
Um das volle Eigenschaftspotential von Titanaluminiden auszuschöpfen, ist eine homogene und feinkörnige Mikrostruktur notwendig. Um diese zu erreichen, erweist sich Schmieden als ideal, da so eine Rekristallisation und damit Kornfeinung mit einer Formgebung kombiniert werden kann. Die aktuelle Legierungsentwicklung zielt mit β-stabilisierten Legierungen darauf ab, konventionelle Umformverfahren für die sonst schwer umformbaren γ-TiAl-Legierungen zu erschließen. Dadurch ließe sich eine für den industriellen Einsatz notwendige Kostenreduktion in der Herstellung von geschmiedeten Bauteilen auf Basis von Titanaluminiden erreichen. Aus diesem Grund wurden drei β-stabilsierte Legierungsvarianten gewählt und hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften und Umformbarkeit mit TNB-V2, einer der Legierungen, die den Stand der Technik zu Beginn dieser Arbeit darstellt, verglichen. Als optimal, hinsichtlich der geforderten Eigenschaften, erwies sich die Legierung Ti-44,5Al-6,25Nb-0,8Mo-0,1B, welche im weiteren Verlauf des Projektes als TNB-V4 bezeichnet wird.
Da die notwendigen Prozessparameter für die Umformung der jeweiligen Legierung angepasst werden müssen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein entsprechendes Prozessfenster für TNB-V4 entwickelt. Die optimalen Parameter für eine Umformung sind eine Umformtemperatur im Bereich von 1210 - 1290 °C, eine Umformgeschwindigkeit von < 5∙10^(-3) s^(-1) und ein Umformgrad von φ>65 %. Die sehr hohen Umformtemperaturen und die Affinität zu Sauerstoff machen eine Schutzgasatmosphäre bzw. Vakuum während der Umformung unabdingbar. Aufbauend auf dem feinkörnigen Gefüge nach Umformung lässt sich das Gefüge durch gezieltes Wärmebehandeln hinsichtlich Phasenaufteilung und Gefügeaufbau in gewissen Grenzen den Erfordernissen anpassen. Als ideale Wärmebehandlungsparameter erwiesen sich ein Lösungsglühen bei 1270 °C für eine Stunde mit Luftabkühlung und anschließendes Auslagern bei 800 °C für sechs Stunden mit Ofenabkühlung.
Anhand einer Bauteilschmiedung wurde gezeigt, dass das im Labormaßstab entwickelte Prozessfenster auch auf große Bauteile übertragen werden kann. Dies gilt allerdings nicht für die Wärmebehandlung, da die chemische Zusammensetzung der geschmiedeten Bauteile zu stark von den zuvor untersuchten Proben abwich. Um über mehrere Chargen hinweg die gleichen Eigenschaften gewährleisten zu können, müssen daher die Parameter individuell angepasst werden.
The central theme of this thesis revolves around the impacts of historic charcoal burning on todays soils and soil landscapes in Connecticut, USA. The first chapter gives an overview of the state-of-research regarding the spatial distribution, morphology and chemical- as well as physical soil composition of so called relict charcoal hearth (RCH) landforms. RCHs can be described as unique soil microhabitats in the context of flora and fauna growth. The central research aim of the thesis is led by the question: How and to what extend does the historical charcoal industry control the distribution, development and properties of present day soils in Connecticut, USA? This thesis presents results from two field-campaigns in 2017 and 2018 where 52 RCH sites were surveyed and sampled in Litchfield County, Connecticut. The resulting dataset comprises of more than 1245 soil samples from 154 soil profiles and detailed stratigraphic and morphometrical information for all RCH sites. RCH landforms result in three distinct soils: charcoal rich horizons (Auh horizons), mineral soil horizons dividing multiple Auh horizons horizontally (Cu horizons) and buried former topsoil’s (Ahb horizons) or buried mineral soil horizons (Bwb horizons). Sites on flat terrain (< 4° slope) have mostly one Auh horizon, while sites on steeper terrain (> 4° slope) have mostly two, sometimes up to three Auh horizons. The total volume of sites on slopes is positively correlated to the local slope, i.e. it increases with larger steepness of the terrain. Compared to reference soils, RCH soils are enriched in total soil organic carbon and especially in pyrogenic carbon. Vertical gradients of organic carbon concentrations in Auh and Cu horizons suggest an enrichment of non-pyrogenic organic matter in the topsoil and a vertical translocation of highly aromatic carbon compounds into intermediate and buried soil horizons. Furthermore, Auh horizons have a lower bulk density, a higher crystallinity ratio (Fed/Fet) of pedogenic iron oxides and are enriched in exchangeable elements (Ca2+, Mg2+, Mn2+) as well as oxalate extractable manganese-oxides compared to reference soils. A deep-learning based automated mapping workflow called ARCHMAGE (Automated Relict Charcoal Hearth Mapping and Geospatial Exploration) was created to gain a continuous, state wide database of RCH sites locations and other relevant geospatial information. This database, in combination with calculation of site specifics RCH volumes and soil carbon stocks, showed that in regions with high RCH site densities, significant additions to local soil organic and especially pyrogenic carbon stocks are present. This effect is scale dependent, with a larger effect size on county scale and below (≤ 1:650,000).
For several decades HVDC technology was used primarily for point-to-point bulk power transmission. Although multiterminal HVDC systems are very few in number, it is expected that multiple HVDC links may be interconnected into HVDC transmission grid. Since every meshed grid requires reliable protection solution, an HVDC circuit breaker must be developed and introduced. This thesis focuses on the performance evaluation of different HVDC circuit breaker concepts. The performance evaluation study is carried out by means of numerical simulations. The obtained quantitative results describe capabilities and limitations of different HVDC circuit breaker concepts as well as the reaction of HVDC network on switching operations. Different converter protection measures and in particular application of fault current limiter were considered, too. Based on the research findings, a number of recommendations for HVDC circuit breaker development are given and suggestions for further research activities are presented.
High-speed data capturing components for Super Resolution Maximum Length Binary Sequence UWB Radar
(2011)
Within framework of UKoLoS project the new Super Resolution Maximum Length Binary Sequence UWB Radar (M-sequence radar) was developed. The radar consists of an M-sequence generator, transmitter front-end, receiver front-end, data capturing device and data processing blocks, whose design responsibilities were carried out by four institutions. In this thesis the design and measurements of the data capturing device components is described. Logically the data capturing device can be divided into three parts; a capturing part, realized with the high-speed analog-to-digital converter, a predictor, realized with the high-speed digital-to-analog converter and a subtraction amplifier, which in this particular work is integrated into the receiver front-end. The main challenge of the work is to implement the A/D converter, which works at full speed of the radar. Despite the radar architecture allows capturing data with undersampling, it leads to waste of transmitted energy. Therefore the ADC has to capture reflected signal with the full system clock rate of 10 GHz and should have a full Nyquist 5 GHz effective resolution bandwidth. Implementation of the conventional 4-bit full flash ADC with specified bandwidth is not possible in the IHP SiGe BiCMOS technology because some critical blocks, namely the reference network, can not achieve 5 GHz effective resolution bandwidth. To overcome this problem a new configuration of the differential reference network is proposed. The new reference network has a segmented, free configurable architecture. As extreme case it can be realized as a full parallel network and in such configuration the maximal bandwidth can be achieved. The proposed network was implemented in the A/D converter and measured. The bandwidth of the ADC with new network is several times higher than the bandwidth of the conventional ADC,while keeping power dissipation the same. Further the proposed network has possibility to equalize the bandwidth in each output node and in that way optimize overall power dissipation. The other advantage is the possibility of electronic calibration of separate voltage shift in the network. The second component of the data capturing device is the D/A converter, which is required to have the accuracy which corresponds to full accuracy of the data capturing device, better than 0.2% in our case. Measurements showed that error due to mismatch of the components was 10 times higher than required. To meet the accuracy specification an external off-line calibration of the DAC was implemented. Using calibration the predictor errors less than 0.15% were achieved.
Viele biotische und abiotische Faktoren, wie die Nahrungsqualität und diverse chemische Stressoren, bestimmen die Lebensparameter von Cladoceren. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Effekte der unterschiedlichen Futteralgen (Pseudokirchneriella subcapitata, Monoraphidium minutum und Desmodesmus armatus) auf die Lebensparameter von vier Cladoceren-Arten (Daphnia magna, D. galeata, Moina macrocopa und M. micrura) in An- und Abwesenheit von chemischem Stress, ausgelöst durch den Huminstoff HuminFeed® (HF). Um die Effekte von HF auf D. magna zu ermitteln, wurden Lebenszyklusexperimente durchgeführt. In umweltrelevanten Konzentrationen wirkte HF lebensverlängernd, jedoch zeigten sich Verminderung in der Reproduktion. Die Ergebnisse wurden im Licht der Disposable Soma Theorie diskutiert. Es konnte keine Steuerung der Energieallokation durch HF und durch die Futteralgenqualität festgestellt werden. In einem Multigenerationsexperiment wurde der Einfluss von HF auf D. magna über drei Generationen hinweg betrachtet. Dabei bewirkte HF stets eine Verminderung der Reproduktion und eine Erhöhung der Lebensspanne. Die Ergebnisse des ersten Filialgenerationsversuchs F1 haben gezeigt, dass ein signifikanter Unterschied in der Fruchtbarkeit von Versuchstieren besteht, die in derselben Umwelt aufgewachsen sind (ohne HF), aber deren Mütter (P) unterschiedlichen Behandlungen ausgesetzt waren. Die Ergebnisse des zweiten Filialgenerationsversuchs F2 haben aber aufgezeigt, dass die Umwelt, in der die Parentalgeneration aufgewachsen ist, die Fruchtbarkeit der F2 Generation nicht nachhaltig beeinflusst. Es handelt sich vermutlich um Transgenerationseffekte (epigenetische Programmierung). In einem Langzeitexperiment wurden die Auswirkungen vom HF auf die Reproduktion und die Lebensspanne von D. galeata untersucht. Es zeigte sich, dass HF erneut eine Steigerung der Lebensdauer und eine Verringerung der Reproduktion bewirkt. Die Ergebnisse wurden im Licht der Disposable Soma Theorie diskutiert. Des Weiteren wurde der Einfluss von HF auf die Lebensparameter von M. macrocopa untersucht. Durch die Zugabe von HF bei Fütterung mit D. armatus wurde teilweise eine Verkürzung der Lebensspanne und eine Erhöhung der Nachkommenzahl hervorgerufen. Bei Fütterung mit P. subcapitata zeigte sich, dass HF keine signifikanten Effekte erzielte. Bei Fütterung mit M. minutum konnte in exponierten Ansätzen eine Verlängerung der Lebensspanne und Erhöhung der durchschnittlichen kumulativen Nachkommenzahl festgestellt werden. Hormonähnliche Effekte der Huminstoffe wurden in Betracht gezogen. Die unterschiedliche Antwort von M. macrocopa auf Huminstoffe bei verschiedenen Futteralgen kann darauf hindeuten, dass die Energieallokation in M. macrocopa bei HF-Exposition durch die Futteralgenqualität gesteuert wird. Ebenfalls wurde bei M. micrura festgestellt, dass die Energieallokation unter dem chemischen Stressor HF durch die Futteralgenqualität gesteuert wurde. So wurde gezeigt, dass HF einen (teilweise signifikant) negativen Einfluss sowohl auf die Lebensspanne als auch auf die Fruchtbarkeit hat, wenn die Versuchstiere mit P. subcapitata gefüttert wurden. Werden M. micrura hingegen mit M. minutum gefüttert, wirkte HF teilweise lebensverkürzend und ein Trend zur Erhöhung der Nachkommenzahl war sichtbar. Diese Arbeit gibt Hinweise darauf, dass zwischen den Zooplanktonarten Unterschiede hinsichtlich der Antwort auf chemischen Stress und des Bedarfs an einzelnen Futterqualitätsfaktoren bestehen.
Der Bereich der rückführenden Logistik erhält durch die derzeitige und zukünftige Situation der Rohstoffentwicklung ein enormes Wachstumspotential. Das Wirtschaftswachstum vor allem in den BRIC-Nationen (Brasilien, Russland, Indien, China) hat zu einer erhöhten Rohstoffnachfrage geführt. Vor dem Hintergrund knapper und begrenzter Rohstoffvorkommen führt dieser Aspekt zu steigenden Rohstoffpreisen. Betroffen ist davon die Rohstoff verarbeitende Industrie wie die Energieerzeuger, Metall- und Elektroindustrie, Chemie-, Baustoff-, Textil-, Glas- oder Papierindustrie.
Eine Möglichkeit, um auf diesen Trend zu reagieren, liegt in der Substitution der zu ihrer Produktion notwendigen Primärrohstoffe durch Sekundärrohstoffe. Für die Erzeugung von Sekundärrohstoffen werden Rückstände benötigt. Die Rückstände fließen in Form von Altprodukten und Reststoffen aus dem Wirtschaftskreislauf in das System der Rückführungslogistik zurück und stehen den Sekundärrohstoffproduzenten zur Verfügung.
Der Rückfluss von Rückständen unterliegt verschiedenen Einflüssen wie beispielsweise dem Gebrauchs- und Rückgabeverhalten der Konsumenten. Der zeitliche Anfall und Zustrom, die Art und Menge sowie der qualitätsmäßige Zustand von Rückständen wird dadurch stark beeinflusst. Die Sekundärrohstoffproduzenten stehen somit einer unsicheren quantitativen und qualitativen Materialverfügbarkeit gegenüber. Diese Unsicherheiten wirken sich negativ auf die Produktions- und Dispositionssysteme aus. Um die Auswirkungen auf stabile Produktionsprozesse zu minimieren, bedarf es kurzfristiger dynamischer Dispositionsentscheidungen. In Verbindung mit intelligenten Informations- und Telekommunikationstechnologien können die komplexen dynamischen Dispositionsprobleme gelöst werden.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Bereich der Reverse Logistics und insbesondere der Sekundärrohstofflogistik. Es werden Aspekte der Dynamischen Disposition betrachtet und zeigt die Verknüpfung und die Verwendung von Multiagentensystemen als Vertreter moderner Informations- und Telekommunikationstechnologien und der verteilten künstlichen Intelligenz. Die Relevanz des Themas wird durch praxisnahe Beispiele belegt und die entwickelte Systemarchitektur auf die Sekundärrohstofflogistik angepasst. Die Ergebnisse und der Nutzen der Arbeit werden ebenfalls dargestellt.
Four column reactors working as a Submerged Fixed Bed Reactor were studied under laboratory conditions in order to stimulate conditions affecting the bioremediation of diesel and gasoline. The objective was to adapt the processes of bioremediation of diesel and gasoline in a Fixed Bed column reactor to the specific conditions of groundwater contamination that are present in Mexico (Refinery of Salamanca) in order to obtain drinking water. The method consists of the constant monitoring of diesel biodegradation inside a reactor filled with an organic material working in parallel with recirculation. After degrading organic pollutants, concentration should either be undetectable or, if detectable, below the limits established as safe or acceptable by international law appropriated to Mexico. The results show that the concentrations required by the German Law of drinking water were met with 0.1 mg/L for total hydrocarbons and 0.001 mg/L for Benzene.
Alkydharzlacke emittieren nach ihrer Applikation unter normalen Bedingungen (Raumtemperatur und relativer Luftfeuchte von 50 %) über einen Zeitraum von mehreren Wochen Stoffe, die einen negativen Einfluss auf die Qualität der Innenraumluft aus üben. In der vorliegenden Arbeit wurden schnelle und robuste Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der VOC - Emittenten (Hexanal und Capronsäure) von Alkydharzlacken während der Trocknung entwickelt. Dafür wurden eine Prüf- (nach dem AgBB-Schema) und eine Mikro-Kammer von Markes verwendet. Zudem konnte der Verteilungs- und Diffusionskoeffizient der in situ gebildeten Emittenten bestimmt werden, wodurch deren Emissionsraten besser verstanden und dadurch eine bessere Interpretation der Emissionsverläufe ermöglicht wird. Der Diffusionskoeffizient wurde in einem statischen und einem dynamischen System mit Hilfe eines neuen Applikations- und Herstellungsverfahrens der Lackproben bestimmt. Des Weiteren wurde ein physikochemischer Ansatz verfolgt, der die Löslichkeit von Hexanal in der Lackmatrix verringert. Die Verweilzeit des Hexanals in der Lackmatrix verkürzt sich und somit wird weniger Hexanal zu Capronsäure autoxidiert. Dadurch wird die Belastung der Innenraumluft durch die Trocknung von Alkydharzlacken gesenkt.
Die weitgehend autarke Energieversorgung von Siedlungs- und Gewerbestrukturen mit eigenerzeugter Strom-, Wärme- und Wasserversorgung sind weltweit fokussierte Entwicklungsziele zahlreicher Unternehmen. Im Zuge dieser Entwicklung entstand in Deutschland das Bündnis autartec®. Gefördert wird der Zusammenschluss vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) als „Innovativer Regionaler Wachstumskern“.
Dieses Konsortium aus klein- und mittelständischen Industriefirmen, Ingenieurunternehmen, wissenschaftlichen Institutionen sowie künftigen Anwendern hat sich als Ziel gesetzt, ein zumindest semiautarkes ufernahes „schwimmendes autartec® Haus“ der Öffentlichkeit zu demonstrieren. Der zukünftige Standort des FreiLichtHauses wird am Bergheider See auf dem Gelände des F60-Besucherbergwerkes sein. Der Demonstrator vereint weiterentwickelte bekannte sowie neue Technologien.
Architektonisch wurde dabei sehr großer Wert auf die Integration der Technologien in die Gebäudestruktur, ohne den nutzbaren Raum zu beeinflussen, gelegt. Dies erfordert die Verwendung eigens dafür entwickelter funktionstragender autartec® Gebäudehüllen, wie z.B. die dünnwandige Wandelemente aus Textilbeton.
Um das spätere Zusammenspiel der semiautarken Energieversorgung des Demonstrators zu planen und zu optimieren, wurde am ifn Anwenderzentrum in Form einer Master Thesis von Herrn Tholeikis ein Versuchsstand entwickelt und geplant. Der Versuchstand ist ein vom Demonstrator skaliertes Technologiesystem, an dem die unterschiedlichsten Energieerzeugungs- sowie Energieverbrauchertechnologien untersucht und aufeinander angepasst werden können. Das System soll in dieser Arbeit mit einer Brennstoffzelle, mit veränderten Photovoltaikmodulen und mit einem System zur Verbrauchssimulierung erweitert werden. Des Weiteren werden Optimierungen sowie Auswertungen anvisiert.
Das Ziel dieser Promotionsarbeit war die Synthese von verschiedenen binären und ternären nano-Metallfluoriden mittels der fluorolytischen Sol-Gel-Synthese. Dabei wurden neue Syntheserouten zur Herstellung von Nanopartikeln entwickelt und die gebildeten Produkte auf ihre Eigenschaften hin analytisch untersucht.
Bei der Synthese der binären Metallfluoride lag der Fokus auf der Herstellung von Magnesiumfluorid aus Magnesiumethoxid, welches bisher für diese Art der Synthese nicht geeignet erschien. Diese Syntheseroute war möglich durch die Aktivierung von Magnesiumethoxid mittels Kohlenstoffdioxid, Magnesiumchlorid und weiterer Verbindungen. Es wurden ebenfalls umfangreiche Untersuchungen des Intermediates durchgeführt, das sich bei der Umsetzung von Magnesiumethoxid mit Kohlenstoffdioxid bildet. Über die verschiedenen Präkursoren war die Synthese von Solen, die Nanopartikel von unter 10 nm enthielten, möglich. Auch die Verwendbarkeit von dem so hergestellten nano-Magnesiumfluorid für antireflexive Beschichtungen von Gläsern konnte gezeigt werden. Bei der Herstellung von Lithiumfluorid wurde der Einfluss des verwendeten Lösungsmittels und der eingesetzten Präkursoren untersucht. Die Synthese von klaren Solen war möglich, wenn die Edukte im jeweils verwendeten Lösungsmittel löslich waren. Weiterhin konnten erfolgreich fluorolytische Sol-Gel-Synthesen von nanoskopischem Berylliumfluorid durchgeführt werden.
Ein Hauptaugenmerk bei der Sol-Gel-Synthese von ternären Metallfluoriden lag auf der Darstellung von nanoskopischem Kaliumfluorozinkat. Dabei war es möglich, Partikel mit einer Größe von 16nm zu synthetisieren. Die hergestellten Sole wurden weiterhin für eine Verwendung als Flussmittel optimiert, sodass es möglich war, Aluminium mit bis zu 5 g/m2 zu beschichten. Es konnten auch verschiedene Syntheserouten zur Herstellung von Lithiumfluoroberyllat gezeigt werden.
Insgesamt wurden in verschiedenen Forschungsvorhaben sowohl auf ehemaligen Truppenübungsplätzen als auch in der Bergbaufolgelandschaft systematisch Laufkäfer erfasst und untersucht. Insgesamt wurden 333 Jahresfänge aus 14 verschiedenen Bergbaufolgelandschaften, von 8 verschiedenen ehemaligen Truppenübungsplätzen und weiteren Vergleichsflächen ausgewertet. Die Ergebnisse lassen sich folgendermaßen zusammenfassen. In der Niederlausitz sind gestörte Landschaften (Bergbaufolgelandschaften, ehemalige Truppenübungsplätze) reich an Laufkäferarten. Ein sehr hoher Anteil der nachgewiesenen Arten gehört zu brandenburg- und/oder deutschlandweit seltenen oder gefährdeten Arten. Bei diesen Arten handelt es sich insbesondere um stenotope Spezialisten früher Sukzessionsstadien. Unter den nachgewiesenen Arten befinden sich deutschlandweit extrem seltene Arten und Wiederfunde von in Brandenburg bereits als verschollen eingestuften Arten. Die in der Bergbaufolgelandschaft repräsentativ vorhandenen Biotoptypen (Sandoffenflächen, Sandtrockenrasen, Ackerunkrautfluren, Ruderalfluren) wurden im Wesentlichen durch alle potentiell in Brandenburg möglichen Arten besiedelt. Eine Nichtbesiedlung der Bergbaufolgelandschaft durch prinzipiell geeignete Arten konnte nicht festgestellt werden. Die Flächengröße hatte auf der Makroskala keine wesentliche Bedeutung für die Erklärung der Artenzahlen. Dadurch unterscheidet sich dieser „Inseltyp“, als insulärer Extremstandort in der Kulturlandschaft, sowohl von realen Inseln, als auch von durch Fragmentierung entstandenen terrestrischen Habitatinseln, auf denen oft die Flächengröße und die Isolation der Inseln eine große Rolle für die Erklärung der Artenzahlen der Laufkäfer spielten. Hier sollten weitere Untersuchungen ansetzen, und insbesondere die Frage klären ob und welchen Einfluss Habitatheterogenität bzw. –diversität, bzw. die die Umgebung der Bergbaufolgelandschaften auf die Artenzahlen haben. Die Besiedlung durch Laufkäfer erfolgt vor allem in den ersten Jahren nicht zufällig erfolgt, da dieselben Pionierarten (xerobionte, mittelgroße Arten mit hohem Dispersionsvermögen und Präferenz zu offenen Sandstellen) sowohl bei primären als auch bei sekundären Sukzessionsvorgängen das Gros der Individuen und der Biomasse stellen. Die Artenzusammensetzungen der spezifischen Zönosen wird zumindest in den ersten Jahren allerdings sehr stark durch „zufällige“ Besiedlungsprozesse und die direkte Umgebung geprägt. Strukturelle Parameter der Vegetation hatten sowohl bei der primären als auch bei der sekundären Sukzession die höchste Bedeutung für die Erklärung der Artenzahlen der Laufkäfer. Die „structural diversity hypothesis“ wird nach den vorliegenden Ergebnissen deutlich besser unterstützt als die „taxonomic diversity hypothesis“. Die Ergebnisse werden in Bezug auf die Anwendbarkeit weiterer ökologische Hypothesen überprüft: microhabitat specialisation hypothesis“ „hunting efficiency hypothesis“ „enemy-free space hypothesis“. Zwischen der primären und der sekundären Sukzession der Laufkäferzönosen konnten keine wesentlichen Unterschiede herausgearbeitet werden. Die Ergebnisse werden vor allen in Bezug auf Artenzahlen, Artenzusammensetzung, Diversität, Biomassen, Größenklassen, Flügelausbildung, ökolo. Typen dargestellt und diskutiert. Die wichtigsten Ergebnisse waren: Die Artenzahlen wiesen in den ersten 10 Jahren stets ein deutliches Maximum auf. Dieses Maximum lässt sich sehr gut mit dem von Wilson (1969) beschriebenen non-interactive equilibrium in Übereinstimmung bringen. Anschließend erfolgt mit zunehmender Vegetationsbedeckung eine Abnahme der Artenzahlen in Übereinstimmung mit dem interactive equilibrium. Eine Wiederzunahme der Artenzahlen in noch späteren Sukzessionsstadien konnte mit dem vorliegenden Datenmaterial innerhalb der Untersuchungszeiträume nicht festgestellt werden. Im Verlauf der primären und sekundären Sukzession lassen sich deutlich zwei Biomassemaxima unterscheiden, von denen eins in den ersten 10 Jahren der Sukzession auftritt und durch hohe Aktivitätsdichten insgesamt und die Eudominanz einer Pionierart hervorgerufen wird. Das erste Biomassemaximum ist zeitlich vor dem Maximum der Artenzahlen der Laufkäfer in den Zönosen einzuordnen und tritt im non-interactive equilibrium auf. Ein zweites Maximum der Biomassen tritt erst nach fortgeschrittener Bewaldung auf und wird durch die allmähliche Einwanderung und schließlich der Dominanz großer Waldarten mit hohen individuellen Biomassen hervorgerufen. Die Sukzessionsabfolge der dominanten Arten der frühen Sukzessionsstadien wird nach den vorliegenden Ergebnissen durch verschiedene Parameter die Vegetationsbedeckung determiniert, die mit den Aktivitätsdichten hochkorreliert waren. Andere (v.a. bodenkundliche) Umweltvariablen waren von untergeordneter Bedeutung.
Rapid urbanisation in Ghana has resulted in individuals expanding the cities for abodes without considerations of the negative externalities these may have on the environment. One of the major challenges with rapid urbanisation is the formation of urban slums associated with lack of basic sanitation facilities. This has led to recurrent outbreak of cholera and typhoid fever. The use of a single-stage solar-supported hyper-thermophilic anaerobic biogas digester for the treatment of black water has not been investigated, hence this study. The performance of three seeding sludge under three different hyper-thermophilic temperatures (60°C, 65°C and 70°C) were tested in batch tests. The three seeding sludge were sewage sludge, sludge from maize silage and cow manure. The results from the batch tests showed cow manure at 65°C as the preferred seeding sludge and optimal hyper-thermophilic temperature.
A 50 L single-stage laboratory-scale hyper-thermophilic continuous stirred tank reactor (HT-CSTR) was operated to treat only black water for 10 weeks using cow manure at 65°C as the seeding sludge and optimal hyper-thermophilic temperature. Afterwards, co-digestion of blended kitchen food waste and black water was also practised for 12 weeks. With a mean hydraulic retention time (HRT) of 23.3 days, a mean total COD removal of 86.3 % was achieved. The reactor had an average COD volumetric loading rate of 6.22 kgCOD/(m3.d) and remained uninhibited. It also had organic loading rate of 0.3 kgVS/(m3.d) and a degradation performance (R) of 5.43 kgCOD/(m3.d). Treatment of only black water produced biogas with less methane content of 34.9 % even though a stable pH of 6.9 was recorded both in the reactor and in the effluent. Co-digestion with kitchen food waste increased the percentage content of methane in the biogas by 77 % from 34.9 % to 61.8 %.
The effectiveness of the HT-CSTR to hygienise the effluent for agricultural purpose was assessed by spiking the reactor with 200 ml each of 2 x 109 CFU/ml Salmonella senftenbergensis and 8 x 108 CFU/ml Escherichia coli. The HT-CSTR was able to hygienise all bacteria of Salmonella senftenbergensis and E. coli. A simulation test confirmed that between 30 minutes and 1 hour, all the cells of Salmonella senftenbergensis and E. coli in the treatment system were killed at 65 °C. Eubacteria, Methanosarcina spp., Methanomicrobium spp. and Methanococcus spp. were identified in the seeding sludge at the hyper-thermophilic temperature of 65°C. The design, construction and performance of a pilot-scale reactor in Terterkessim slum in Elmina, Ghana was based on results from the laboratory-scale HT-CSTR. It achieved 97 % removal of influent total COD and could produce about 2.52 Nm³CH₄/(kgCOD.d) which could be burned for
at least 8 hours. The effluent cannot be used for cultivation of leafy vegetables such as cabbage since it had some concentrations of pathogens like Salmonella spp. and E. coli but can be used for cotton crop.
This work addresses tough challenges of sensor network applications with Quality of Service requirements. That is, nodes must work with batteries for a long time, support short end-to-end delays and robust communication in multi-hop networks. It starts with presenting previous research efforts that address such challenges. For instance, many Medium Access Control (MAC) protocols keep nodes mostly sleeping to save energy and synchronize wake-up times for communication. Although such protocols offer short end-to-end delays, they still suffer from long idle listening and shortened lifetimes. The main reasons are the long time needed to detect an idle channel and inefficient ways of dealing with clock drift. This work introduces novel solutions to these problems, mainly at Layer 2 of the OSI model, that significantly reduce idle listening. First, nodes predict future drift and reduce the time needed to compensate clock uncertainty among neighbors. Second, they quickly detect an idle channel and power down the transceiver. In some scenarios, nodes work 30% longer owing to these solutions. To tackle problems with unreliable wireless links, sensor nodes may apply various solutions at Layer 2. For example, with Automatic Repeat reQuest (ARQ) protocol they send retries on frame losses, resulting in extra energy consumption. This work examines the impact of ARQ on the lifetime and on the reception rate. Several indoor and outdoor experiments showed that with only 1-2 retries nodes can handle many communication problems. Besides, owing to the idle-listening reduction, mentioned previously, ARQ shortens the lifetime by 10% only. Although this work addresses particular applications, the solutions presented here can be used in other scenarios and with different protocols. For instance, the energy-efficient drift compensation approach can be directly used in any schedule-based MAC protocols, like the one based on the IEEE 802.15.4 standard. Besides, any protocol can benefit from the solution to the idle-listening reduction based on the early detection of idle channel. Finally, owing to the analytical model that estimates the lifetime of nodes, researches and developers can early evaluate MAC protocols running on various hardware platforms.
Analyse der Heteropterengemeinschaften von süßen und brackigen Gewässern auf küstennahen Düneninseln
(2002)
Auf den ostfriesischen Düneninseln wurden zwischen 1979 und 1994 etwa 250 süße und brackige aquatische Lebensräume auf die Artenzusammensetzungen von aquatilen Heteropteren untersucht. 32 Arten der Nepomorpha und 11 Arten der Gerromorpha wurden nachgewiesen, das entspricht 64 bzw.73 % der Arten des angrenzenden Festlandes. Nach eingehender faunistischer Analyse wurden Muster von Artenzusammensetzungen und deren Veränderungen unter Berücksichtigung verschiedener Umweltvariablen zu Vegetation, Gewässerchemie und Topographie mit Hilfe von diversen Gradientenanalysen untersucht. Bildung und Veränderungen verschiedener Muster von Artenzusammensetzungen sind im Hinblick auf die räumliche Skala der Gewässersysteme der Inselgruppe im wesentlichen abhängig von Gewässergröße, Salinität, Beschattung, Gesamtdeckung der Vegetation, Sediment sowie Gewässertiefe und relativer Lage auf den Inseln, Hydrophytenbedeckung, Salinität, Sediment sowie Gewässertiefe für die kleinere Betrachtungsebene der Gewässersysteme einzelner Inseln. Aspekte der Störung, interspezifischer Interaktionen, Kolonisationsdynamik und Arten-Areal Beziehungen werden im einzelnen diskutiert. Ergänzend erfolgt ein Vergleich mit anderen aquatischen Tiergruppen und eine kurze Diskussion naturschutzfachlicher Aspekte.
Die „Rote Halle“ ist der Hauptbau einer mehr als 2,5 Hektar messenden Anlage in der Unterstadt von Pergamon (Bergama, Westtürkei). Die Farbe seines Ziegelmauerwerks ist namensgebend für den gesamten Gebäudekomplex. Die Gebäude stammen aus der Zeit der römischen Stadterweiterung im 2. Jh. n. Chr. und sind seit ihrer Erbauungszeit nie vollständig unter der Erde verschwunden. In dieser Arbeit wird der Gebäudekomplex mit den Methoden der archäologischen Bauforschung im historischen und städtebaulichen Kontext untersucht. Zahlreiche Informationen zu der Anlage sind aus Sekundärbefunden wie Reisebeschreibungen aus dem 17. und 18. Jh., Aufzeichnungen früherer Forschungsprojekte und der Dokumentation der ersten Ausgrabung in den 1930er Jahren zu gewinnen. Anhand dieser historischen Pläne und Skizzen, den Ergebnissen der Bauaufnahme sowie geophysikalischer Prospektionen und archäologischer Sondierungen wurde die Bau- und Nutzungsgeschichte des Gesamtkomplexes bis zum 21. Jh. nachgezeichnet. Darüber hinaus ermöglichte die Zusammenführung aller Ergebnisse die Rekonstruktion des Baufortgangs und die Identifikation einzelner Bauphasen sowie eine zeichnerische Rekonstruktion des äußeren Erscheinungsbildes des Gebäudes. Die Ergebnisse der Bauaufnahme erbrachten darüber hinaus neue Erkenntnisse zur Erschließung der Anlage und zu ihrer Einbindung in die städtische Infrastruktur der antiken Stadt (Band 1). Im Anhang dieser Arbeit (Band 2) sind die Pläne der verformungsgerechten Bauaufnahme (Band 2, Beilage 1-16), die Dokumentation der Werkstücke (Band 2, Auswertung der Bauteilaufnahme) zusammen mit illustrierenden Fotos und Abbildungen (Band 2, Tafel 1-60) beigefügt. Die historischen Pläne und Skizzen, die vorwiegend aus dem Archiv der Pergamongrabung des Deutschen Archäologischen Instituts (DAI) stammen, wurden erstmals systematisch erfasst und zusammengestellt (Band 2, Katalog zur Baudokumentation).
Krisemedizin gewinnt im Rahmen sich wandelnder Kriegsformen, terroristischer Übergriffe und der Möglichkeit des Einsatzes von Massenvernichtungswaffen erheblich an Bedeutung. Zivile Katastrophenmedizin und militärische Einsatzmedizin stehen daher vor deutlich höheren Herausforderungen. Die vorliegende Arbeit versucht die Konzeption einer krisenmedizinischen Ethik unter Berücksichtigung dreier bereichsspezifischer Problemfelder: die Allokation lebenswichtiger, jedoch begrenzt verfügbarer Ressourcen, die Instrumentalisierung einer Medizin im Dienste des Militärs sowie die Doppelloyalität des Sanitätsoffiziers. Unter Beachtung der Werte und Wünsche aller Beteiligten werden Zielsetzungen formuliert. Sie stellen die Grundlage eines dreistufig hierarchischen Prinzipienkonstrukts aus allgemeinen ärztlichen und humanitären Prinzipien, Allokations- i.e. Organisationsprinzipien und Behandlungsprinzipien dar. Die entwickelte Systematik fasst die in der Literatur meist unübersichtlich dargestellten Handlungsgrundsätze zusammen und ergänzt diese bisweilen. Allokationsprinzipien werden einer Differenzierung unterzogen und gliedern sich in Prinzipien, welche ausschließlich den Zugang zum Zuteilungsverfahren festlegen, und solche, die die Verteilung der Ressource regeln. Letztere basieren auf Kriterien, wobei hier allein dem Alter neben der Überlebenswahrscheinlichkeit ein Stellenwert eingeräumt werden kann, während Beurteilungen von Patienten basierend auf deren ”social worth“ strikt abzulehnen sind. Die Ressourcenzuteilung im Rahmen von Krisensituationen muss unter Berücksichtigung dreier Handlungsgrundsätze erfolgen: Gerechtigkeits- und Effizienzprinzipien zusammen mit einem neu formulierten Praktikabilitätsprinzips. Ein zur Regel oder Norm zusammenzufassender Goldstandard ist dabei nicht zu erreichen. Vielmehr muss eine Kompromisslösung auf der Basis einer situativen Prinzipiengewichtung angestrebt werden, weshalb oft ein nicht intendiertes, jedoch „zu akzeptierendes Unrecht“ in Kauf genommen werden muss. Die Beurteilung einer Krisenmedizin wird daher nur im Sinne eines intentionalistischen Konsequenzialismus erfolgen können. Triage versucht einen Ausweg aus diesem Gewichtungsdilemma. Sie kategorisiert Patienten in vier Schweregrade, wobei einer Gruppe die Prognose „Hoffnungslosigkeit“ zugeschrieben wird. Hierdurch werden zwei Bereiche unterschiedlicher Prinzipiengewichtung definiert. Gerechtigkeitsprinzipien wird der Vorzug bei Patienten mit höherer Überlebenswahrscheinlichkeit eingeräumt. Bei Patienten mit niederer Überlebenswahrscheinlichkeit dominieren effizienzorientierte Prinzipien. Krisenmedizin unter dem Diktat des Militärs ist darüber hinaus einer weiteren Problematik ausgesetzt: Die Konkurrenz medizinischer und militärischer Ziele. Eine für das Militär instrumentalisierte Medizin verliert ihrer Eigenständigkeit, indem sie sich fremden Imperativen unterordnen muss. Doch weder absolute Eigenständigkeit der Medizin im Einsatz noch vollständige Instrumentalisierung im Sinne des Militärs scheinen zu erstrebenswerten Vorteilen zu führen. Der Sanitätsoffizier personifiziert hierbei den Konflikt zweier Systeme und Ethiken. Ihm kommt die Aufgabe einer temporär unterschiedlichen Gewichtung medizinischer und militärischer Zielsetzungen zu, die auf institutionaler Ebene nicht geleistet werden kann. Die Dominanz militärischer Interessen führt hierbei zu einer Verschiebung weg von der individualethischen hin zu einer eher sozialethischen Position. Gerechtigkeitsprinzipien weichen zunehmend effizienzorientierten Prinzipien, was sich in einem vom Zivilen differenten Gesundheits- bzw. Krankheitsbegriff widerspiegelt. Zusammenfassend ist für Krisensituationen eine umfassende Medizinethik nicht zu leisten. Eine Ethik wird nur Grenzen und Möglichkeiten aufzeigen können, ohne jedoch den Handlungsspielraum für Einzelfallentscheidungen exakt vorgeben zu können. Ziele und Prinzipien konkurrieren bisweilen, so dass vom einzelnen eine Gewichtung vorgenommen werden muss. Gerechtigkeit, Nützlichkeit und Praktikabilität scheinen dabei gleichermaßen verwirklicht werden zu wollen, was stets Kompromisslösungen erfordert. Die Fähigkeit, sich in dieser Grauzone ethischen Handelns zurechtfinden zu können, erfordert neben medizinisch-fachlicher Expertise eine tugendhafte innere Haltung sowie eine moralisch-ethische Kompetenz und Mündigkeit. Dieser Kompetenz möchte ich größtes Gewicht beimessen. Sie ist die Fähigkeit, ethischen Dilemmata mit situativ unterschiedlicher Kompromissbereitschaft entgegnen zu können.
This thesis analyses the extent of host specialisation in ectomycorrhizas, a mutualistic symbiosis between hyphae of certain fungal species and roots of forest trees. In the mycological literature it has been debated for long time, whether ectomycorrhizal communities in mixed stands are dominated by generalist or host specific fungi. In this thesis the concept of specificity guilds is introduced and applied to the evaluation of host specificity among the ectomycorrhizal fungal at the study site Kahlenberg near Eberswalde-Finow, 100 km northeast of Berlin. The study site comprised two mixed stands of Scots pine (Pinus sylvestris, L.) and beech (Fagus sylvatica L.) that were supplemented by one pure stand of Scots pine and one pure stand of beech. Ectomycorrhizal fungi were distinguished by morphotyping, anatomotyping and the molecular method of ITS rDNA sequencing directly at the mycorrhized root tips. Out of 40 fungal sequence types, 31 could be determined to species level by online data base comparisons and phylogenetic analysis. Among the 18 most frequent fungal species three specificity guilds were assigned: generalist guild, pine specific gild and beech specific gild. These assignments were based on the relative association with the roots of the two hosts in the mixed stands. In summarizing the occurrences in all four stands, the majority of fungal species, i.e. 67%, belonged to host specific guilds (five pine specific species, seven beech specific species), 33% were generalists (six species). Most fungi of the host specific guilds expressed preferences, i.e. in the mixed stands they also colonized non-target roots while these host preferring fungi were absent from the pure stand of the non-target host. This interesting behaviour may indicate improved competitiveness of host specific fungi when associated with their preferential hosts. Only four out of the 18 species associated exclusively with either pine or beech roots, i.e. they are specialists. The most notable beech specialist is Laccaria cf. laccata, although L. laccata s.l. is traditionally considered a generalist. Phylogenetic analysis suggests that the L. laccata complex consists of cryptic species that could belong to different host specific guilds. This demonstrates the importance of in depth delineation of fungal species by phylograms for assigning specificity guilds. The high percentage of host specific fungal species at the Kahlenberg site suggests that host specificity may play a role in role explaining ectomycorrhizal biodiversity in mixed stands. Different host species could provide niches for coexistence of ectomycorrhizal fungi. In pure stands high numbers of ectomycorrhizal fungi are more difficult to explain, because the number of possible niches decreases. Therefore, the pure beech stand was analyzed in depth, to test the hypothesis that roots of different individual beech genotypes may provide niches that explain the ectomycorrhizal biodiversity at the small spatial scale of a soil core. Fourteen ectomycorrhizal species, as determined by ITS sequencing and phylograms were patchily distributed along an 81 m long transect with ten transect points. All root segments in the three species richest soil cores (four, five and six fungal species) and the surrounding beech trees were genotyped by microsatellite PCR. In each of the three soil cores, roots of two host genotypes were present that corresponded to the two closest mature trees. However, different root genotypes did not carry different sets of ectomycorrhizal fungal species. Therefore, the hypothesis of tree genotypes contributing to ectomycorrhizal biodiversity has to be rejected for the analyzed beech stand. In the absence of other niche based explanations (soil parameters were homogenously distributed among transect points, no vertical compartmentalization), it is proposed that stochastic processes, such as spore dispersal might have contributed to the biodiversity in the analyzed soil cores of the pure beech stand.
Infections with COVID-19 in enclosed public spaces, where virus-laden aerosol particles can accumulate over time, have significantly contributed to the rapid spread of the virus. It is therefore of great importance to understand the transport and dispersion process of aerosol particles in such spaces, especially against the background of future pandemics. In this work, we present a Lagrangian-Particle-Tracking experiment to assess the mixed convective flow in a classroom with different ventilation strategies. For this purpose, thermal plumes were created by heated dummies, and a collimated LED light-sheet with ~0.4 m thickness was used for illumination of helium filled soap bubbles (HFSB) acting as passive tracer particles. In this way, the Lagrangian trajectories of the particles were recorded at two approximately 4.2 m × 2.8 m large fields using the novel 2D-Shake-The-Box-Method. As a result, time-resolved trajectories of over 300,000 simultaneously tracked HFSB have been reconstructed, so that both small-scale and large-scale properties of the flow are visualized quantitatively across the entire cross-section of the room. The trajectories show that the thermal plumes create lengthwise circulating vortices, which cannot be destroyed across the entire cross-section of the room by opening or tilting a window. Furthermore, the mixing in the room through the operation of an air purifier is higher compared to opening a window, which suggests that this strategy in combination with its air filtering capability is the most effective strategy to prevent infections.
Das elektrische Energieversorgungssystem in Europa, insbesondere in Deutschland, unterliegt vor allem seit der Verabschiedung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes im Jahre 2000 enormen Veränderungen. Die über viele Jahre gewachsene Struktur einer zentralen Energieeinspeisung durch konventionelle Kraftwerke löst sich zunehmend auf, getrieben durch den Ausstieg aus der Atom- sowie der Kohleenergie und es bildet sich ein dezentrales Energieversorgungsnetz, welches durch die Energieerzeugung aus erneuerbare Energien, allen voran Windenergie- und Photovoltaikanlagen, geprägt ist. Wesentliche Gründe dieser Veränderungen sind politische und regulatorische Rahmenbedingungen sowie der technische Fortschritt im Bereich der Erzeugung, Verbrauch und Übertragung von Energie.
Durch diese Wandlung des Energieversorgungssystems werden die Netzbetriebsführer zunehmend vor kritische Situationen gestellt, da die fluktuierende Einspeisung der erneuerbaren Energien nicht präzise vorhergesagt werden kann und somit Einspeisung und Verbrauch nicht mehr im Gleichgewicht sind. Dieses Defizit erreicht vermehrt eine Größenordnung, die durch Regelleistung nicht mehr ausgeregelt werden kann und ein Eingreifen der Netzbetriebsführer in das Energieübertragungsnetz nach sich zieht. Damit diese kritischen Situationen von den Netzbetriebsführern zu jeder Zeit beherrscht werden können, ist es nötig, das Personal für solche Szenarien zu qualifizieren. Dabei bedarf es Forschungsarbeit, um diese Qualifizierung an Simulator gestützten Schulungen mit geeigneten Netzmodellen und Szenarien sicherzustellen. Dabei muss die Interaktion und Kommunikation zwischen den Netzbetriebsführern zentraler Bestandteil einer solchen Schulung sein. Insbesondere bei Netzwiederaufbau Szenarien ist die Einhaltung einer präzisen Kommunikation unter Berücksichtigung von Meldeketten und Weisungsberechtigungen.
In dieser Arbeit wird solche eine Schulung unter Anwendung didaktischer Methoden ausarbeitet sowie Netzmodelle entwickelt, welche die Grundlage sind, um an einem solchen dynamischen Netzsimulationssystem Netzbetriebsschulungen durchzuführen. Darüber hinaus werden verschiedene Szenarien erstellt, um die unterschiedlichsten Aspekte der Netzbetriebsführung unter Einbeziehung von Netzbetriebsführern, Studierenden und Meister zu schulen.
Die allgemeine Zielsetzung der vorliegenden Arbeit besteht darin, die hauptsächlichen Werte- und Tugendvorstellungen in der Unternehmensethik, die bei mittelständischer Familienunternehmen in Deutschland und China eine entscheidende Rolle spielen, aus philosophischer als auch soziokultureller Sicht zu vergleichen, um daraus praktischen Gestaltungshilfen für eine verbesserte interkulturelle wirtschaftliche Zusammenarbeit zwischen familiendominierten Mittelstand beider Länder abzuleiten zu können. Im ersten Kapitel wird eine allgemeine Einleitung zum Gesamtproblem und gegenwärtigen Forschungsstand unternehmensethischer Fragestellungen von Familienunternehmen in Deutschland und China gegeben. Anschließend wird im zweiten Kapitel ausgehend von Max Webers Theorie über die protestantische Ethik und „Gespräche des Konfuzius“ (Lunyu 论语) der Einfluss des Konfuzianismus auf der chinesischen Seite und der Einfluss des Protestantismus auf der deutschen Seite auf die Bildung sowie Entwicklung unterschiedlicher Wirtschafts- und Unternehmensethiken in beiden Gesellschaften vergleichend analysiert. Damit soll gezeigt werden, wo die historisch-soziokulturellen Wurzeln für die unterschiedlichen ethischen Gedanken in Bezug auf die interkulturellen wirtschaftlichen Kommunikationsprobleme zwischen deutschen und chinesischen Familienunternehmen liegen könnten. Dieses Kapitel bildet die theoretische Grundlage für die folgenden Kapitel in der vorliegenden Arbeit. Um sowohl die Bedeutung einer durch das Unternehmen und seine Entwicklung gestalteten Unternehmensethik für die nachhaltige Entwicklung mittelständischer Familienunternehmen in Deutschland und China als auch die Auswirkungen der unterschiedlichen soziokulturellen Faktoren auf die Unternehmensethik mittelständischer Familienunternehmen beider Länder zu untersuchen, wird im dritten und vierten Kapitel eine umfassende Vergleichsuntersuchung ausgeführt. Basierend auf den im zweiten Kapitel dargestellten soziokulturellen Wurzeln werden allgemeine Gemeinsamkeiten und Unterschieden beider Seiten zusammengeführt. Darüber hinaus wird ein Vergleich zwischen dem Partei-Gremium der KPCh in chinesischen Familienunternehmen und dem Familienbeirat in deutschen Familienunternehmen vorgenommen. Besondere Beachtung findet auch ausführliche Darstellung des dualen Einfluss einerseits der chinesischen kommunistischen Ideologie und andererseits der traditionellen konfuzianischen ethischen Gedanken. Hieraus kann ein Basiskonzept der jeweils kulturspezifischen Besonderheiten beim Vergleich der mittelständischen Familienunternehmen beider Gesellschaften entwickelt werden. Im fünften Kapitel wird eine umfangreiche praktische Untersuchung, welche die auffälligsten Chancen und Probleme beinhaltet, hinsichtlich einer erfolgreichen interkulturellen deutsch-chinesischen Wirtschaftskooperation mit dem Fokus auf mittelständischen Familienunternehmen beiden Ländern dargestellt. Die zusammengeführten praxisbezogenen Untersuchungsergebnisse können als Orientierungshilfe sowohl den deutschen familiendominierte Mittelstand, die in China tätig sind oder ein solches Engagement in Erwägung ziehen wollen, als auch den chinesischen Investoren, die beim wirtschaftlichen Engagement in Deutschland aktiv sind, dienen. Zum Abschluss wird ein Ausblick auf zukünftige Forschungsfelder der interkulturellen Zusammenarbeit zwischen dem jeweils familiendominierten Mittelstand beider Länder gegeben.
Seit Ende des 19. Jahrhunderts gehören Villen zum Stadtbild der russischen Großstädte.
Im Jahr 1907 baute der Architekt Alexander Geisler in St. Petersburg eine Villa für Maria Sawina, die berühmte Schauspielerin des höfischen Alexandrinski-Theaters. Der Bau einer Villa für angesehene Schauspielerin und anspruchsvolle Bauherrin war eine Herausforderung für den erfahrenen Architekten.
Neben der herkömmlichen Funktion hatte die Villa in erster Linie den repräsentativen Zweck erfüllen sollen. Demnach bestand die Aufgabe des Architekten daran mittels Architektursprache den Status der Bauherrin zu repräsentieren. Dabei ging es nicht nur um anspruchsvolle Gestaltung der Fassaden durch verschiedene Architekturelemente und Materialien, sondern auch um exklusive Gestaltung die Innenräume, wofür Edelholz, Wandmalerei, Glasfenstern sowie für die Villa extra angefertigten Kunstwerke, verwendet wurden. Die Kunstwerke dienten zur ikonographischen Darstellung des Weltbildes der Hausdame.
Mit dem Bau der Villa für Maria Sawina gelang es dem Architekten ein einzigartiges Werk der Baukunst zu schaffen, das bereits zur Zeit der Errichtung einen hohen kunsthistorischen Wert hatte. Im Verlaufe den nächsten 100 Jahre wurde die Nutzung der Gebäude mehrmals gewechselt, vom Einfamilienhaus zum Mehrfamilienhaus mit elf einzelnen Wohneinheiten, danach zum Bürogebäude und letztendlich wieder als Einfamilienhaus. Damit spiegelt die Geschichte der Villa Sawina die gesellschaftlichen Umwälzungen im Russland des 20. Jahrhunderts wieder. Nichtsdestotrotz ist die ursprüngliche Gestaltung der repräsentativen Räume der Villa bis zur Zeit des jüngsten Sanierungsbeginns im Jahr 2008 erhalten geblieben.
Die Arbeit widmet sich der umfassenden und facettenreichen Geschichte des Bauwerks von seiner Errichtung bis zur Gegenwart. Dabei wurden die kunsthistorischen sowie die denkmalpflegerischen Werte des Bauwerks unter der kulturellen und sozialen Fragestellung bewertet und im Zusammenhang mit der Entwicklung der Kulturlandschaft der russischen Metropole im 20. Jahrhundert analysiert.
Aufgrund fehlender oder eingeschränkt wirksamer Basisabdichtungen von Uranerzbergbau- Hinterlassenschaften kommt es häufig zur Kontamination des abströmenden Grundwassers mit Radionukliden und Arsen. Ziel der Dissertation war es, Grundlagen für eine nachhaltige und kostengünstige In-Situ-Immobilisierung von Arsen, Uran und Radium zu ermitteln. Hierfür sollte eine ‚Reaktive-Zonen’-Technologie genutzt werden, bei der partikuläre Eisen-materialien in den Grundwasserleiter injiziert werden. Zur As- und U- Immobilisierung konnten injizierbare Graugusspulver- bzw. nano-Eisen- Mengen (2g Fe/kg Quarzsand) und eine stimulierte, autotrophe Sulfatreduktion bzw. Eisensulfidfällung erfolgreich getestet werden. Eine anaerobe Radium- Immobilisierung war bei Zusatz von 6 g Grauguss-pulver/MnO2 –Gemisches (1:1)/kg Quarzsand am Effektivsten. Durch die Kombination der Eisenpartikelinjektion mit einem vorgeschalteten ‚Pneumatic Fracturing’ zur Erzeugung gut durchlässiger Fließkanäle konnten in Injektionsversuchen im Bench-Scale-Maßstab erste erfolgsversprechende Ergebnisse für einen späteren Praxiseinsatz erzielt werden.
Die vereinfachte Erfolgsformel des Managementansatzes Total Quality Management (TQM), oft auch Business Excellence genannt, lautet: Motivierte, zufriedene Mitarbeiter führen zu zufriedenen Kunden und damit zu hohen Gewinnen. Diese Erfolgsformel ist jedoch aufgrund hoher Komplexität der Wirkungen von TQM-Maßnahmen nicht für jedes Unternehmen gleichermaßen zutreffend. Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methode zur prognostischen Analyse unternehmensspezifischer Wirkungen von TQM-Maßnahmen. Diese Methode wurde auf Grundlage von Selbstbewertungen einiger Unternehmen im Rahmen von Qualitätspreisen in Deutschland entwickelt. Mit einer Sensitivitätsanalyse nach Vester wurde ein Wirkungsmodell für TQM-Maßnahmen erstellt und simuliert. Ein Moderationskonzept wurde entwickelt, um Simulation und Unternehmenskontext des jeweiligen Unternehmens miteinander zu verknüpfen. Ergebnis der Entwicklung ist eine dynamische Simulation, die es ermöglicht, die Komplexität von TQM und TQM-Maßnahmen in einem Unternehmen untersuchen zu können. Beabsichtigte und unbeabsichtigte Wirkungen von TQM-Maßnahmen auf verschiedene unternehmensinterne und -externe Bereiche können mit Hilfe der Methode vor der eigentlichen Umsetzung einer Maßnahme erkannt und die Maßnahmen entsprechend ihrer Zielsetzung angepasst werden.
Die Anwendung anaerober Biofilme zur Umsetzung organischer Substrate zu Biogas bietet viele Vorteile. Durch die Immobilisierung methanogener Archaeen im System können kurze Verweilzeiten unter hohen Raumbeladungen in sogenannten Hochleistungsfestbettreaktoren ermöglicht werden. Mittlerweile finden sie recht erfolgreich im Rahmen verschiedener, meist zweistufiger Verfahren, eine Anwendung in der Praxis. Das Prinzip eines Rieselbettreaktors als Methanstufe ist bislang unbekannt. Es konnte gezeigt werden, dass sich der vorgeschlagene und patentierte Aufbau eines Rieselbettreaktors im Rahmen eines zweistufigen Verfahrens zur Methanisierung flüssiger und gasförmiger organischer Substrate eignet. Der direkte Vergleich zwischen einem klassischen überstauten Festbettreaktor und dem Rieselbettreaktor zeigte, dass sich beide Prinzipien für die Umsetzung von Essigsäure aber auch von Praxissubstraten (Maishydrolysat) eignet. Die pH-Werte im Ablauf lagen über 7,0, die Methankonzentration im Biogas ist jeweils über 70 Vol%. Bis zu den hohen Raumbeladungen von bR=10-12 kgCSB/(m³FB•d) wurde der theoretische Wert der spezifischen Methanproduktion von P=3-4 Nm³CH4/(m³FB•d) erreicht. Im eingefahrenen und kontinuierlichen Betrieb lag der Methanertrag YoTR,∑ im Rieselbettreaktor zwischen 231-275 NlCH4/kgoTR und im überstauten Festbettreaktor zwischen 246-270 NlCH4/kgoTR. Dem theoretischen Wert von 293 NlCH4/kgoTR wird nahe gekommen. Beide Systeme sind daher sehr gut vergleichbar. Die Zugabe und die Unterbrechung des Substrates die Steuerung der Methanbildung mit einer Reaktionszeit von 3,4-5 Stunden. Der Rieselbettreaktor zeigte ein schnelleres Ansprechverhalten der Methanbildung nach erneuter Substratzugabe aufgrund der Rezirkulation durch das gesamte Festbett. In Hinblick auf den Flexibilitätsbonus im Rahmen der aktuellen Novelle des EEG 2012 wird das Kriterium der Reaktion auf den stündlichen Energiebedarf erfüllt. Im Rieselbettreaktor konnte die Abhängigkeit des Stoffumsatzes von der Raumbeladung bR, der Rezirkulation RV, der Rieselzeit Rt, dem Prozesswasservolumen Vfl bzw. der hydraulischen Verweilzeit Ʈfl nachgewiesen werden. Ʈfl ist dabei entkoppelt von der Kontaktzeit am Biofilm, dem Ort des Stoffumsatzes. In Hinblick auf einen hohen CSB Abbau konnte insbesondere der direkte Zusammenhang zur Rezirkulation ermittelt werden. Zudem zeigte die differenzierte Betrachtung des Rieselverhaltens, dass aufgrund der Ausbildung eines dünneren Rieselfilmes bei einer geringen Rieselzahl R ein höherer Stofftransport in den Biofilm und letztlich ein höherer CSB-Abbau pro Verrieselung stattfand. Der maximale absolute CSB Abbau lag bei einer Raumbeladung von bR=19 m³/(m³FB•d). Diese Abhängigkeiten wurden durch die Kontaktzeit Ct des Substrates mit dem Biofilm zusammengefasst, sodass das ƞCSB-Ct-bR Diagramm dargestellt werden konnte. Mit Hilfe von Ct wurde ein Modell erstellt, wobei die Umsatzrate k und der Korrekturfaktor k* empirisch ermittelt wurden. Als gasförmige Substrate wurden erfolgreich Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid methanisiert. Unter Kreislaufführung des Gasstromes im batch-Betrieb erfolgte ein bis zu 98 %-iger Wasserstoffumsatz. Der Methangehalt betrug maximal 97,7 %. Die Raumbeladung lag maximal bei bR=4,43 Nm³H2/(m³FB•d), wobei eine spezifische Methanproduktivität von 1,17 Nm³CH4/(m³FB•d) erreicht wurde. Im Ausblick führt der kontinuierliche Betrieb zu einem vollständigen Umsatz bei einer 100%igen Methankonzentration. Damit konnte erstmals Wasserstoff (beispielsweise elektrolytisch erzeugt) und Kohlenstoffdioxid unter moderaten Temperatur- und Druckbedingungen methanisiert werden. Es liegt ein Energieträger vor, der sehr gut in klassischen Speichern (Erdgasnetz) ohne aufwendige Aufreinigung eingespeist werden kann. Die Inbetriebnahme und der Betrieb sowohl des überstauten Festbettreaktors als auch des Rieselbettreaktors ermöglichte die Beobachtung der Biofilmentwicklung. Dabei wurde eine vergleichbare Biofilmausbildung festgestellt. Im Rieselbettreaktor erfolgte ein erhöhter Biomasserückhalt, vermutlich aufgrund einer ungleichen Strömungsverteilung. Nach 239 Versuchstagen konnte ein vergleichbarer Biomasseanteil für beide Reaktorprinzipien von 14 gFM/FK (35 goTR/m²FKAO) bei einer mittleren Biofilmdicke von 600 µm bestimmt werden. Der Biomasseertrag YoTR/CSB entspricht mit 0,016-0,020 goTR/gCSB in beiden Reaktoren den Literaturwerten von 0,01-0,06 goTR/gCSB. Unter Betrachtung der Strömungsverhältnisse der Flüssigkeitsschicht am Biofilm, der Konzentrationsgrenzschicht, des Stoffüberganges und des Stoffabbaus konnte eine Umsatzlimitierung festgestellt werden. Im Rieselbettreaktor lag eine Reaktionslimitierung bis zu einer mittleren Biofilmdicke von 174 µm vor. Bei einer höheren Biofilmdicke erfolgte eine Diffusionslimitierung. Die Bestimmung der methanogenen Archaeen im Rieselbettreaktor zeigte, dass sowohl beim flüssigen als auch gasförmigen Substrat der hydrogenotrophe und der acetoklastische Stoffwechsel parallel erfolgte.
Schwerpunkte dieser Arbeit sind das Studium linear-quadratischer Optimalsteuerungsaufgaben über dem a priori gegebenen unendlichen Zeithorizont [0,∞), die Untersuchung einer indirekten Spektralmethode zur Lösung dieser Aufgabenklasse sowie die Demonstration ihrer Anwendbarkeit mit Hilfe numerischer Experimente. Linear-quadratische Steuerungsaufgaben präsentieren eine bedeutende Aufgabenklasse in der Optimalsteuerung. Sie kommen sowohl für die Approximation nichtlinearer Aufgaben als auch bei Verfahren der sequentiellen quadratischen Optimierung zum Einsatz. Die Verwendung eines unendlichen Integrationsbereiches lässt sich dabei mit Hilfe verschiedener Anwendungsgebiete motivieren: bei dynamischen Systemen in der Ökonomie und der Biologie, wo aktuelle Entscheidungen Konsequenzen für zukünftige Generationen mit sich bringen; bei der Transformation von Aufgaben mit endlichem Horizont, um Singularitäten im Zielfunktional umgehen zu können (z.B. das Variationsproblem der Brachistochrone) und bei Anwendungen technischer und physikalischer Natur, bei denen sich das unendliche Intervall aus der Aufgabenstellung selbst ergibt (z.B. der quantenmechanische harmonische Oszillator). Darüber hinaus entstehen linear-quadratische Steuerungsaufgaben mit einem unendlichen Zeithorizont auch im Kontext der asymptotischen Stabilisierung dynamischer Systeme. Motiviert durch die zahlreichen Anwendungen wird diese Aufgabenklasse genauer studiert und somit der Ausgangspunkt für ein indirektes Lösungsverfahren geschaffen. Die Optimalsteuerungsaufgabe über [0,∞) wird in gewichteten Funktionenräumen formuliert, wodurch eine Einbettung in eine konvexe Hilbertraumtheorie möglich ist. Als Zustandsraum wird ein gewichteter Sobolev- Raum gewählt. Die Steuerungen werden in einem gewichteten Lebesgue-Raum betrachtet. Die Gewichtsfunktion tritt zusätzlich auch im Zielfunktional auf, wobei hier das Lebesgue- Integral zugrunde gelegt wird. Neben dem Nachweis der Existenz und Eindeutigkeit der Lösung beinhaltet die Arbeit den Beweis von Optimalitätsbedingungen in Form eines Pontryaginschen Maximumprinzips. Dieses liefert neben den kanonischen Gleichungen und der Maximumbedingung auch die Existenz einer Adjungierten, welche einer natürlichen Transversalitätsbedingung genügt. Für die Konstruktion der Spektralmethode spielt Letztere eine entscheidende Rolle. Durch eine sinnvolle Kombination der kanonischen Differentialgleichung mit dem Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung gelingt es, aus der Transversalitätsbedingung eine Bestimmungsgleichung für den Anfangswert der adjungierten Funktion in Integralform abzuleiten. Die gewählten Approximationsansätze basieren auf den verallgemeinerten Laguerre-Polynomen, welche ein vollständiges Funktionensystem in einem gewichteten Lebesgue-Raum über (0,∞) repräsentieren. In Kombination mit einer Kollokation des kanonischen Differentialgleichungssystems und der integrierten Transversalitätsbedingung lässt sich damit das Lösen der Optimalsteuerungsaufgabe auf das Lösen eines linearen Gleichungssystem reduzieren. Der erfolgreiche Einsatz der Methode wird anhand verschiedener Beispiele der optimalen Steuerung und auch im Kontext der asymptotischen Stabilisierung eines dynamischen Systems veranschaulicht.
Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Feststoffvergärungen in zweistufigen-zweiphasigen Systemen
(2015)
Der anaerobe Umsatz fester, komplexer biogener Substrate zu Biogas in großtechnischen Anlagen zeigt häufig Defizite auf. Die (Mono)Vergärung pflanzlicher Biomassen ist in der Regel durch eine unzureichende Nutzung vorliegender energetischer Potenziale, geringe Prozessgeschwindigkeiten und dementsprechend geringe Produktausbeuten und Durchsätze sowie hohe Gärrestaufkommen charakterisiert. Insbesondere die Verwendung von Energiepflanzen als Biogassubstrate setzt vor dem Hintergrund von bestehenden Flächen- und Nutzungskonkurrenzen eine maximale Potenzialnutzung im Vergärungsprozess voraus. Grundlegend zeigen zweistufige-zweiphasige Systeme aufgrund der Berücksichtigung der unterschiedlichen Milieuansprüche fermentativer und methanogener Mikroorganismen eine höhere Effizienz sowie Prozessstabilität in der anaeroben Degradation gegenüber den klassischen einstufigen Systemen, dass mit zunehmender Komplexität der Substrate einen stärkeren Effekt einnimmt.
Vor diesem Hintergrund bestand das Ziel dieser Arbeit darin, über eine detaillierte Prozessanalyse und eine Erweiterung des Prozessverständnisses, die Bestimmung leistungsbeeinflussender Prozessspezifika und relevanter Prozessbedingungen sowie die Ermittlung geeigneter Prozessfahrweisen eine maximale Substratnutzung und effiziente Prozessführung in zweistufigen-zweiphasigen Feststoffvergärungen zu ermöglichen. Ein hoher Feststoffdegradationsgrad sowie hohe Feststoffabbauraten sind Grundvoraussetzungen für einen effizienten Anlagenbetrieb, die Gewährleistung hoher CH4-Ertragsgrade sowie geringer Feststoffverweilzeiten, jedoch gleichzeitig ein häufiges Defizit von Feststoffvergärungen. Grundlage in der Zielerreichung bildete die Ermittlung, Analyse und Optimierung leistungs- und prozessbestimmender Parameter und Zusammenhänge in experimentellen Untersuchungen anhand zweier Technologien zur zweistufigen-zweiphasigen Feststoffvergärung am Beispiel von Maissilage. Da die Leistungsfähigkeit des (Feststoff)Vergärungsprozesses maßgeblich durch die Substrathydrolyse bestimmt wird, wurde der Fokus der Untersuchungen auf die erste Prozessstufe gerichtet.
Die Untersuchungsergebnisse zum anaeroben Umsatz von Maissilage zu Biogas unter Nutzung eines Perkolations-/Festbett(PE/FBR)-Verfahrens und ASBR/ASBR-Verfahrens belegen grundlegend die potenziell hohe Leistungsfähigkeit zweistufiger-zweiphasiger Prozesse in der anaeroben Behandlung fester, komplexer Einsatzstoffe. Die Feststoffhydrolyse wird über die Milieubedingungen für die hydrolytisch und fermentativ aktive Mikroflora bestimmt und kann über relevante Prozessparameter beeinflusst werden. Die Ergebnisse der grundlegenden Optimierungsuntersuchungen im PE/FBR-System belegen dabei die Relevanz einer thermophilen und gasdichten Fahrweise der Hydrolyse für einen leistungsfähigen, potenzialnutzenden Prozess. In den leistungscharakterisierenden Untersuchungen wurde eine hohe Eignung des zweistufigen-zweiphasigen ASBR-Verfahrens zur Monovergärung von Maissilage nachgewiesen. In der Gegenüberstellung der zweistufigen-zweiphasigen Verfahren wurde zudem eine höhere Leistungsfähigkeit des ASBR/ASBR-Verfahrens gegenüber dem Perkolations-/Festbett-Verfahren ermittelt, welche aus einem erhöhten Hydrolysierungsgrad des Feststoffes, einem besseren Metabolisierungsgrad der Intermediate zu gasförmigen Produkten sowie einer erhöhten Umsatzrate resultiert. Als limitierende Faktoren im Hinblick auf die mikrobielle Feststoffdegradation in der Perkolationshydrolyse wurden der Wasserhaushalt im System, der Lagerungszustand des Substrates sowie die Charakteristik der flüssigen, intermediären Phase bestimmt. Milieubeeinflussend wirkt zudem das Hydrolyseverfahren selbst über differente Bedingungen hinsichtlich der Substratzugänglichkeit, der Oberflächenbesiedlung sowie des Stofftransfers in zwei separierten Phasen (Perkolation) und Zweiphasengemischen (ASBR-Hydrolyse). Im zweistufigen ASBR-Verfahren wurde als weiterer begünstigender Faktor in der Feststoffdegradation eine teilweise Verlagerung fermentativer Prozesse in die Methanisierung über den Transport partikulärer Stoffe in der intermediären flüssigen Phase ermittelt.
Desweiteren erfolgte im Rahmen der Prozesscharakterisierung eine Analyse der methanogenen Aktivität in der Hydrolyse anhand der Produktion an CH4. Die Beschreibung der Abhängigkeit der CH4-Bildung in der Hydrolyse vom vorliegenden pH-Wert erlaubt einen Rückschluss auf die Prozessführung im Hinblick auf die Rezirkulation von Prozessflüssigkeit und den entsprechend bedingten Eintrag an Puffersubstanz. In der Vergärung von Maissilage in den zweistufigen-zweiphasigen Systemen bestimmen CH4-Produktionen in der Hydrolyse den Gesamtmethanertrag zu ca. 30 %. Eine Unterbindung bzw. Verminderung methanogener Aktivitäten über die Milieubedingungen im Hydrolysesystem (z.B. pH, O2-Gehalt) erfolgt aufgrund der Beeinflussung der gesamten mikrobiellen Biozönose sowie mitunter der Enzymreaktionen grundsätzlich auf Kosten des CH4-Ertragsgrades. Eine Reduzierung methanogener Aktivitäten in der ersten Prozessstufe sollte daher über eine Unterbindung des Eintrags Methanogener in die Hydrolyse erfolgen. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass mit einer thermischen Behandlung des Methanisierungsablaufs (= Rezirkulat) eine effektive Inaktivierung methanogener Zellen erfolgt und damit Methanproduktionen in der Hydrolysestufe temporär vermieden werden können.
Auf Grundlage der ermittelten leistungsbestimmenden Faktoren und Zusammenhänge sowie des gewonnenen Prozessverständnisses zur Feststoffvergärung in zweistufigen-zweiphasigen Systemen wurden Empfehlungen für den Betrieb von zweistufigen Feststoffvergärungsanlagen abgeleitet.
Der Lean Ansatz revolutionierte die industrielle Produktion und wurde vom spezifischen Produktionssystem zu einem ganzheitlichen Managementansatz entwickelt. Der Einsatz erfolgte in der Vergangenheit vornehmlich in großen Unternehmen als diskontinuierlicher Projektansatz. Die Besonderheiten kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) blieben unbeachtete, wodurch im Schrifttum eine Lücke entstand und die Lean Implementierung in KMU lediglich temporär erfolgreich war. Die vorliegende Arbeit stellt die Lean Implementierung in KMU in den Vordergrund. Basierend auf Erkenntnissen der Forschung zum Lean Management in Verbindung mit den Charakteristiken von KMU schließt das erarbeitete Implementierungsmodell die identifizierte Forschungslücke. Das Modell beschreibt die Lean Einführung in KMU anhand eines Implementierungsprozesses mit differenzierbaren Prozessschritten innerhalb von vier Phasen. Ausgehend von der Vorbereitung wird die Implementierung auf strategischer und auf operativer Ebene realisiert. Begleitende Maßnahmen unterstützen die sukzessive Lean Implementierung, während die abschließende Phase zur Sicherung der Nachhaltigkeit den langfristigen Lean Einsatz gewährleistet. Die Berücksichtigung von Lean Methoden und Elementen aus Sicht von KMU rundet das Modell ab.
The flow over macroscopic patterned/structured surfaces was investigated in a subsonic wind tunnel over Reynolds numbers ranging from 3.14 x 104 to 2.77 x 105 for cylinders and from 5.34 x 105 to 11.27 x 106 for plates. The investigations were accomplished by measuring local and global drag, velocity profiles and by visualization of the flow above the surface. The investigations on structured cylinders revealed that a cylinder with outwardly curved structures has a drag coefficient of about 0.65 times of a smooth one. Flow visualization was carried out by using oil-film technique and velocity profile measurements to elucidate the observed effect, and hence present the mechanism responsible for the observed drag reduction. The near-wall velocity profiles above the surface revealed that a hexagonal bump induces local separation generating large turbulence intensity along the separating shear layer. Due to this increased turbulence, the flow reattaches to the surface with a higher momentum and become able to withstand the pressure gradient delaying the main separation significantly. Besides that, the separation does not appear to occur in a straight line along the length of the cylinder, but follow the curved path forming a wave with its crest at 115° and trough at 110°, in contrast to the laminar separation line at 85° on a smooth cylinder. Investigations on structured plates were performed with the help of hot wire anemometry and oil film interferometry. The main concern of the experiments on structured plates was to examine the effect of hexagonal structures on local and global drag of a structured plate. It was accomplished by determining and analyzing the boundary layer quantities like shear stress velocities, shear stress coefficients and momentum thicknesses over a selected Reynolds number range and various locations in streamwise direction. The results indicate that the values of shear stress coefficients measured by the conventional Clauser chart method are up to 13% higher than the ones deduced by the Oil film Interferometry. Additionally, a maximum of 19% reduction in shear stress coefficient behind the inwardly curved structured plate was observed. On the other hand, a dramatic increase of about 120% in global drag coefficient supersedes the observed reduction in shear stresses at rear of the test plates. Investigations on individual hexagonal structures by measuring the shear stresses and the pressure distribution above the surface revealed that an uneven pressure distribution contributing in total drag force is responsible for a huge increase in global skin drag coefficient. Finally, a number of configurations of a wind turbine made of smooth and structured blades were investigated to compare their efficiencies at various flow velocities. No significant deviation in the efficiencies was observed.
This thesis deals with geomorphic processes associated with Small-Scale Opencast Mining (SSOM) in the Gatumba sector of the Western Highlands of Rwanda. In this area tin and tantalum mining was carried out for decades, and it has brought about increase in the wealth and standard of living of the people. Though a lot has been done and achieved in soil erosion research, and despite the enormous wealth coming from mining in Rwanda and Gatumba sector in particular, the negative environmental impacts resulting from mining activities were overlooked by miners and stakeholders and are scarcely addressed in the research yet. This trend was bound to last since there were no valid guidelines for assessing impacts and reclamation of mine sites for the operators in the sector. It was recently, in 2007, that restoration of mining areas has received great attention from the Rwanda Geology and Mine Authority.
The objective of the research was to assess and to increase the understanding of geomorphic impact produced by SSOM. In this regards, the following aspects which indicate the types and spatial distribution of geomorphic processes were measured: (i) investigate the landforms typical of SSOM, (ii) map the watershed morphometry of the study area, (iii) analyse the most relevant properties of soils in term of geomorphology, and (iv) to assess the soil loss potential in the study area.
Primary and secondary data were collected from Government agencies and personal observations. Desk study to review papers and relevant literatures, field observation and experiments, laboratory analyses, mapping and modelling using RUSLE were combined together to develop a practical and integrated methodological approach to effect and realize the objectives. The argument guiding this analytical approach is that physical processes produced by mining cannot be assessed through a single method. The first step mainly concentrated on defining mining sites suitable for assessing geomorphic processes. Within the two studied mines, namely Ruhanga and Gatare, different plots were identified based on the post-mining land uses, to investigate the level of soil and landscape degradation by comparing them with that of control sites located outside of mining influence. Modelling using RUSLE in GIS interface enabled to quantify soil loss potential within the mines and the watershed.
Results indicate that the direct processes associated with opencast mining commonly involve pitting and trenching. Indirect and less conspicuous processes emerge as a long-term consequence of mining. They include depletion of organic matter, compaction or loosening of soil particles in mine sites mostly reflected by low content in organic matter, low rating in soil stable aggregates, and often high soil bulk densities which are variably distributed within the mine sites. This could explain the restriction or lowering, or the rapid infiltration of water into the soil during field experiments, as a consequence probably of the sealing of soil pores or the formation of fissures around mine shafts, from which slides or slumps occur. In average, soil organic matter comprises between 1 and 2.5 % on control sites and ex-mine cultivated sites. organic matter content of soils on reclamation sites was in the same ranges with that of control and ex-mine cultivated sites, but could reach 4,8 % in topsoil of some sample locations. The ex-mine self-recovering sites present much lower organic matter content which doesn’t exceed 2 % in general. The soil aggregation rating of the area is from very low (8%) to low (≤13.5 %). In general, the bulk density ranges between 1.29 to 1.56 g cm-3, and locally can attain 1.76 g cm-3. As a consequence, the total porosity changes locally. Application of correlation and multiple regression models showed a strong influence of soil organic matter on the bulk density. Infiltration tests performed on different experimental sites showed differences of rates in water intake rates as in infiltration curves as well. Infiltration rates are variably distributed over the mines. They range from very slow (3.8 mmhr-1) to rapid (111.18 mm hr-1). Atterberg Limits analyses showed that soils of Gatumba Mining District do not possess extreme properties and they are suitable for engineering purposes. The liquid limit ranges between 51 % and 26 %, whereas the plastic limit is comprised between 22 % and 18 %. The highest plastic index (PI) determined was 29 % and the later soil had a plastic index of 6 %.
The average soil loss in the Gatumba watershed is 27.45 t ha-1 yr-1 with a standard deviation of 0.891. More than 65% of land are prone to high rates of soil loss (exceeding 10 t ha-1 yr-1), and an increasing soil erosion follows increasing slope and land use patterns. The maxima of soil erosion rates are found in Upper Kibilira, Kirombozi and Gisuma catchments respectively. Based on different scenarios applied to quantify soil erosion rates, we found that more the organic matter content from 0. 5%, 2% and >2%) is increased with better support practice (from contour, strip and terrace), more the soil erosion potentials are decreased linearly, in the order of 18.8 to 17.8 t ha-1 yr-1 from 2% to >2 % of organic matter content respectively.
To make SSOM more environmentally sustainable, there is a need of developing integrated practices and cross-cutting approaches that reduce the environmental impact of mining operations, and leave mine sites in an acceptable state for reuse by people or systems. Practices such as isolation of soil and earth material, stabilization of slopes and amendments of sites to be restored should be highly considered in the process of rehabilitation of affected sites.
In this thesis we study efficient time integration methods for linear parabolic PDEs to solve practical problems that arise in a variety of real-world applications. The classical construction of numerical methods for solving PDEs is based on the method of lines, which leads to a large sparse semi-discretised system of ODEs to which any numerical method for initial value ODE problems can be applied. When dealing with parabolic-type problems, the underlying ODE systems are known to be stiff. Therefore, in the context of linear model problems, the use of implicit schemes is usually considered to be the best choice in practice.
However, this statement is not correct for some relevant real-world applications. In particular, implicit schemes can cause high computational costs that are equipped with certain model conditions. The model problems considered here are coupled with various settings, ranging from many different initial conditions over long-term simulation with relatively frequent model updates, to dealing with very large-scale problems for which the matrix size can exceed several millions. For this reason, we are interested in sophisticated and computationally efficient numerical methods that bring the aspects of approximation accuracy as well as computational and storage complexity into balance.
Even nowadays it is still a challenging task to devise a numerical method that combines high accuracy, robustness and computational efficiency for the model problem to be solved. Therefore, the main objective is to find an easy and efficient ODE integration scheme for each individual model problem. On this basis, we first give a comprehensive introduction to the state-of-the-art methods that are often used for practical purposes. In this framework, we will investigate very detailed the theoretical and numerical foundations of two popular techniques, namely the fast explicit methods and the model order reduction techniques. This is primarily important in order to fully understand the numerical methods, and also absolutely essential in finding the best numerical method that is specifically suitable for the intended purpose.
Our second goal is then to efficiently solve the practical problems that arise in connection with shape correspondence, geothermal energy storage and image osmosis filtering. For each application we specify a complete setup, and in order to provide an efficient and accurate numerical approximation, we give a thorough discussion of the various numerical solvers along with many technical details and own adaptations. We validate our numerical findings through many experiments using synthetic and real-world data. In addition, the thesis provides a complete and detailed description of the powerful methods that can be very useful for tackling similar problems that are the subject of interest in many applications.
We consider two mathematical problems that are connected and occur in the layer-wise production process of a workpiece using Wire-Arc Additive Manufacturing. As the first task, we consider the automatic construction of a honeycomb structure, given the boundary of a shape of interest. In doing this we employ Lloyd’s algorithm in two different realizations. For computing the incorporated Voronoi tesselation we consider the use of a Delaunay triangulation or alternatively, the eikonal equation. We compare and modify these approaches with the aim of combining their respective advantages.
Then in the second task, to find an optimal tool path guaranteeing minimal production time and high quality of the workpiece, a mixed-integer linear programming problem is derived. The model takes thermal conduction and radiation during the process into account and aims to minimize temperature gradients inside the material. Its solvability for standard mixed-integer solvers is demonstrated on several test-instances. The results are compared with manufactured workpieces.
Die Pelletierungsflockung stellt ein spezielles Verfahren der Schlammkonditionierung dar. Sie ist eine Verfahrenskombination von Aggregatbildung mit gezielter Struktur und Wasserabgabe in der Aggregatbildungsphase. In dieser experimentellen Arbeit wurde der ein- und mehrschichtige Aufbau von Einzelaggregaten simuliert und hinsichtlich Wachstum und Struktur untersucht. Des weiteren wurde die Pelletierungsflockung in einem kontinuierlichen Drehrohrreaktor umgesetzt und hinsichtlich Prozeßführung und Betriebsparameter untersucht. Als anwendungsrelevante Eigenschaft wurde das Entwässerungsverhalten von Pelletflocken dargestellt. Die erhaltenen Pelletflocken zeichnen sich durch eine konstante Wachstumsgeschwindigkeit, eine Sphärizität von 0,95 bis 0,98 und eine Dichte im Bereich von 1100 bis 1250 kg/m³ aus. Sie lassen sich gezielt durch eine Hintereinanderschaltung von Schwerkraft- und Druckentwässerung behandeln, wobei im ersten Schritt ein Feststoffgehalt von ca. 30% und im zweiten Schritt ein Feststoffgehakt von ca. 50% erreicht wird.
Recent challenges and novel approaches of wireless communication networks are characterized by high performance requirements on the radio channel and by concepts of self-organization, in-network processing, or resource optimization which ultimately lead to distributed network applications, communication architectures, and radio transceivers.
Associated evaluation is driven by a multitude of ever-increasing requirements that call for multidisciplinary expertise. Depending on the discipline, simulation is one of the most widely used technologies, whereby often abstract assumptions and models do not allow for sufficiently accurate, comparable results.
In contrast, real-world measurements and field-tests can only be performed on actual systems, commonly under non-reproducible conditions.
This thesis establishes with the Split-Protocol-Stack a new type of evaluation method that intends to help closing the gap between purely simulative analyzes and real-world tests.
With the inclusion of real radio hardware and radio channels in the event-based simulation, this central hybrid approach in connection with the Radio-in-the-Loop methodology creates synergies in interdisciplinary fields.
The approach contains analytical discussions, methodological strategies, and practical contributions that are summarized as key elements in the subsequent central considerations and challenges.
With Real-Time-Shift, a pseudo-real-time synchronization approach for parallel simulation and radio channel emulation of communication flows is introduced.
Based on the underlying time compensation scheme, the discrete event simulation is decoupled from real-time constraints when exchanging event messages with real-world wireless hardware.
A physical layer emulation methodology and radio channel interface concept, called Radio-in-the-Loop, is introduced along with two practical realization approaches.
Furthermore, strategic details on radio network planning with an approach to automatic hardware resource allocation are presented for radio channel emulation-capable network testbeds.
The contributions of this work are evaluated using real-world reference measurements, practical application scenarios, and experiments that provide proof of concepts.
By means of an exemplary selected cross-layer optimization scenario, the benefits are practically demonstrated and discussed.
Finally, based on IEEE 802.15.4 as the reference protocol standard for low-power wireless networks, this thesis provides feasibility studies and analysis results using the representative prototype SEmulate for the Split-Protocol-Stack approach.
Im Lebensraum Boden stellen Pilze einen bedeutenden Anteil der lebenden Biomasse dar und werden von einer Vielzahl von Organismen als Nahrungsressource genutzt. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Interaktionen zwischen der pilzfressenden Bodenarthropode Folsomia candida und verschiedenen Bodenpilzen. Einerseits wurde der Einfluss zahlreicher unterschiedlicher Eigenschaften von Pilzmyzelen, insbesonderer der Gehalt an giftigen Inhaltsstoffen und die Ausbildung von kristallinen Strukturen auf der Hyphenoberfläche und deren Funktion als Fraßschutz auf das Verhalten der Collembolen betrachtet. Andererseits wurde die Auswirkung des Fraßdrucks auf das Myzelwachstum und die intraspezifische Konkurrenz zwischen den Pilzen untersucht. In Laborexperimenten wurde das Fraßverhalten von F. candida gegenüber insgesamt 32 Pilzstämmen getestet, die entweder kristalline Oberflächenstrukturen oder giftige Inhaltsstoffe ausbilden oder als Referenzarten dienten. Zusätzlich wurden komplexe Gewächshausexperimente mit Quercus rubra durchgeführt, um u.a. den Einfluss der Collembolen auf die Mykorrhizierung unter natürlicheren Bedingungen zu untersuchen. F. candida unterschied deutlich zwischen einzelnen Pilzstämmen und fraß signifikant weniger an Myzelen mit Hyphenauflagerungen als an Referenzarten. Damit konnte erstmals den Hyphenauflagerungen eine ökofunktionelle Bedeutung als Fraßschutz zugeordnet werden. Dieser geht mit der besonders starken Ausbildung von Auflagerungen auf wichtigen Myzelstrukturen, wie Rhizomorphen mancher Pilzarten, einher. Noch stärker fraßhemmend wirkten giftige oder bitter bzw. scharf schmeckende Inhaltsstoffe, da insbesondere Pilze mit nachgewiesenem Gehalt an Muscarin, Amanitin und Fasciculol von den Collembolen am wenigsten gefressen wurden. Damit konnte die vermutete fraßhemmende Wirkung von Sekundärmetaboliten auf Bodenarthropoden bestätigt und erstmals mit konkreten Messungen des Giftgehaltes in Verbindung gebracht werden. Das Vorkommen von solchen Inhaltsstoffen und deren fraßhemmende Wirkung konnte so von den Fruchtkörpern auf die Myzele ausgeweitet werden. Eine ausgeprägte Fraßpräferenz für dunkel pigmentierten Pilzstämmen unabhängig ihrer taxonomischen Zugehörigkeit konnte ebenfalls bestätigt werden. Als weiterer Parameter wurde der Nährwert der Pilze durch die Analyse des Kohlenstoff-, Stickstoff- und Schwefelgehalts und durch die Anzahl der abgelegten Eier als Maß für die Fitness der Collembolen abgeschätzt und mit dem Fraßverhalten in Beziehung gebracht. Die untersuchten Elementgehalte korrelierten nicht mit der Fraßpräferenz. Die Ergebnisse der absoluten Gelegezahlen deuten auf einen Zusammenhang zwischen Nährwert und Fraßpräferenz hin, wobei die Hyphenauflagerungen und Giftgehalte wahrscheinlich von ausschlaggebender Bedeutung sind. Des Weiteren wurde erstmals nach Unterschieden in der Fraßpräferenz zwischen zahlreichen Ektomykorrhizapilzen und Nicht-Mykorrhizapilzen unter Berücksichtigung zahlreicher anderer Faktoren gesucht. Hier bestand im Gegensatz zu Endomykorrhizapilzen, deren geringe Attraktivität und Nahrungsqualität für Arthropoden als gesichert gilt, großer Forschungsbedarf. Es konnte kein Unterschied zwischen beiden Pilzgruppen in Bezug auf die Fraßpräferenz und Fertilität von F. candida festgestellt werden. Allerdings blieb der Einfluss von Symbiosepartnern oder unterschiedlichen Substraten unberücksichtigt. Collembolen haben einen meist negativen Einfluss auf das Myzelwachstum, der aber stark zwischen einzelnen Pilzarten variiert. Die Vermutung, dass Pilze durch die Ausbildung fraßhemmender Mechanismen einen Konkurrenzvorteil unter Fraßdruck erlangen, konnte nicht bestätigt werden. Vor allem schnell wachsende Pilzstämme wurden durch den Fraß gehemmt, was zur Angleichung der Wachstumsgeschwindigkeiten führte. Collembolen können daher die Konkurrenzverhältnisse zwischen einzelnen Pilzarten beeinflussen. Dies konnte auch in den Gewächshausexperimenten bestätigt werden. Nach Zugabe von Collembolen verringerte sich die Abundanz von Mykorrhizen eines bevorzugt gefressenen Pilzes zu Gunsten einer weniger bevorzugten Art. Die Collembolen hatten einen negativen Einfluss auf die Mykorrhizierung, die ihrerseits unter den Versuchsbedingungen einen insgesamt positiven Einfluss auf das Pflanzenwachstum hatte. Ein vermuteter indirekter Einfluss der Collembolen auf das Pflanzenwachstum und andere Bodenparameter muss in weiteren Experimenten unter komplexen Bedingungen untersucht werden. Die Arbeit zeigte, dass bei der Auswahl von Pilzarten für Experimente zahlreiche Eigenschaften der Pilze zu berücksichtigen sind, um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen.
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.
Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit lag in der Synthese und Charakterisierung S-dotierter poröser Kohlenstoffmaterialien mit vergleichbaren texturellen und strukturellen Eigenschaften. Zu diesem Zweck wurden Serien von S-dotierten porösen Kohlenstoffmaterialien aus den S-haltigen Precursoren Dimethylsulfoxid, p-Toluolsulfonsäure und Thiophen zusammen mit verschiedenen Anteilen von β-d-Saccharose als zusätzlichem Kohlenstofflieferant im Rahmen einer templatgestützten Synthese auf Basis von mesoporösen Silicagel-Kugeln hergestellt. Zusätzlich wurden Serien S+N-, B+S- und B+N-co-dotierter poröser Kohlenstoffmaterialien mit vergleichbaren texturellen und strukturellen Eigenschaften nach derselben templatgestützten Synthese hergestellt. Zur co-Dotierung mit den Elementen S, N und B wurden jeweils die heteroatomhaltigen Precursoren p-Toluolsulfonsäure, Harnstoff und Borsäure in verschiedenen Anteilen verwendet und verschiedene Anteile von β-d-Saccharose als zusätzlichem Kohlenstofflieferant hinzugefügt. Die katalytischen Eigenschaften sämtlicher hergestellten poröser Kohlenstoffe wurden auf deren Fähigkeit zur Aktivierung von molekularem O₂ untersucht. In diesem Zusammenhang wurden die Materialien als Katalysatoren in der oxidation schwefliger Säure zu Schwefelsäure (OSA), der elektrochemischen Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) und der oxidativen Dehydrierung von Ethylbenzol (ODH) getestet. Mit Hilfe dieser drei Testreaktionen, welche in mindestens einem Teilschritt des jeweiligen Katalysezyklus die Aktivierung von molekularem O₂ voraussetzen, sollten insbesondere Rückschlüsse auf mögliche Einflüsse des Heteroatoms S auf die Aktivitäten, Umsätze und Selektivitäten gezogen werden. Die rein S-dotierten Proben lieferten Hinweise darauf, dass die S-Funktionalitäten einen ähnlichen Beitrag zu den genannten Reaktionen leisten wie vergleichbare O-Funktionalitäten S-freier Proben. In der OSA zeigten S-dotierte Proben keine Veränderung bezogen auf die Aktivität, in der OSA einen negativen Einfluss auf die Aktivitäten und das Onset-Potential. Der deutlichste Einfluss der S-Gruppen konnte in der ODH gezeigt werden, in welcher S-haltige Proben sowohl den Initialumsatz bezogen auf Ethylbenzol als auch die Langzeitstabilität der Katalysatoren positiv veränderten im Vergleich zu S-freien Proben. Bei den B+N- und N+S-co-dotierten Proben lieferten insbesondere N-Funktionalitäten einen positiven Beitrag zur Aktivität in allen Reaktionen. Eine mögliche Begründung lieferte hierbei die Annahme, dass bestimmte N-Gruppen die Elektronendichte im Kohlenstoffgerüst erhöhen und somit zur Aktivierung von auf den Basalebenen des Kohlenstoffs adsorbierten molekularen O₂ beitragen. Während eine co-Dotierung mit B das Verhalten der Katalysatoren wenig beeinflusste, zeigte sich, dass die co-Dotierung mit S zu einer Addition der Einflüsse in allen betrachteten Reaktionen führte im Vergleich zu jeweils einzeln S- und N-dotierten Serien.
In the last 30 years, communication became one of the most important pillars of our civilization. Every day terabytes of information are moved wired and wireless between computers. In order to transport this amount of data, researchers and industry increase the data rates of the underlying communication networks with impressive speed. However, such ultra-high data rates are unavailable at the communication endpoints.
One reason why ultra-high data rates are still not available for the communication endpoints is their inability to handle the protocol processing at this data rate. In order to enable communication endpoints to process high-volume data streams, the protocol processing has to be parallelized and optimized on all processing levels. However, parallelization and optimization are cumbersome tasks, which are further complicated as the protocol processing is traditionally carried out by the operating system.
This thesis aims at circumventing these problems by moving the protocol processing into external processing hardware and interpreting communication protocols as stream processing problems. In order to achieve ultra-high data rates at the communication endpoints, a protocol stream processing design approach was developed and evaluated. The design process is separated into implementation, soft real-time analysis, parallelization, and mapping steps, which allow a scalable protocol implementation without paradigm changes. Furthermore, a data link protocol for 100 Gbit/s wireless was developed and implemented with the new stream processing design concept, in order to show its feasibility. The data link protocol is configurable for different communication conditions and easy to parallelize by providing different granularities of packets. The proposed design-process has shown to be suitable for uncovering bottlenecks and helping with debugging the individual stages of the protocol.
In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed.
Die vorliegende Arbeit behandelt CuInS2-Filme, die mittels Molekularstrahlepitaxie auf einkristallinen Si- und GaAs-Substraten unterschiedlicher Orientierung abgeschieden wurden. In-situ kamen dabei photoelektronenspektroskopische Analysemethoden und die Beugung niederenergetischer Elektronen zum Einsatz. Ex-situ wurden die Filme mittels Röntgenstrukturanalyse, Ionenrückstreuung und Photolumineszenz untersucht. Zunächst wurde die Bandanpassung des Si(111)/CuInS2(112)-Heteroübergangs bestimmt, wobei die Grenzfläche durch das Auftreten von Fremdphasen und durch Interdiffusion nicht ideal und stark gestört erscheint. Es wurde ein Grenzflächendipol von etwa 1 eV ermittelt. Der Vergleich der chemischen Zusammensetzung an der Filmoberfläche und im Filmvolumen deutet auf einen Konzentrationsgradienten in der Schicht hin. Unabhängig vom Cu/In-Verhältnis wurde eine schwefelarme Oberfläche gefunden. Zudem zeigen Cu-reiche CuInS2-Filme unabhängig von der Substratorientierung ein [112]-orientiertes Wachstum, wogegen im In-reichen Präparationsregime die Kristallorientierung des Substrates übernommen wird.
In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed.
Digital humanity: the temporal and semantic structure of dynamic conversational facial expressions
(2019)
This thesis focuses on establishing a - theoretically founded and empirically derived - novel methodological pipeline to provide Embodied Conversational Agents (ECAs) with natural facial expressions and desired personality traits.
After giving an overview on the content of this thesis, we dedicate its second part to derive the Semantic Space (SSp) for facial expressions, finding that the same space is used for expression words, expression videos, and motion-capture-based point-cloud animations. The process involved the creation of a new facial expression database using Motion Capture (MoCap) technology. Our technique can be used to empirically map specific motion trajectories (including their frequency-decomposition) onto specific perceptual attributes, allowing the targeted creation of novel animations with the desired perceptual traits, as exemplified in the third part of this thesis. Before addressing our final conclusions and, on the grounds that the systematic differences between individuals while performing the same facial expressions are related to their personality, we devote the fourth part of this thesis to the study of the mapping between personality and expressive facial motions.
In der vorliegenden Arbeit wird über die Entwicklung und Optimierung eines neuen, Cr6+-freien Titanaktivierungsverfahrens für die Vorbehandlung von Titanbauteilen bei der elektrochemischen Beschichtung berichtet. Dabei werden die in den einzelnen Schritten des Verfahrens auftretenden chemischen und elektrochemischen Reaktionen sowie ihre Auswirkungen auf die Struktur und chemische Zusammensetzung der Metalloberfläche analysiert. Abschließend werden die einzelnen Schritte durch Korrelationen zwischen den erreichten Oberflächenzuständen und den Haftfestigkeiten der Beschichtung optimiert. Das entwickelte Cr6+-freie Titanaktivierungsverfahren besteht aus drei chemischen Behandlungsschritten. Beim ersten Schritt, dem Vorätzen, wird die Metalloberfläche so geätzt, dass eine gleichmäßige Mikrostruktur mit einer bestimmten Rauigkeit erzeugt wird. Dies verbessert, durch die Ermöglichung eines optimalen Ablaufes der nachfolgenden Schritte, die Haftfestigkeit der Beschichtung. Im nächsten Schritt, dem Aktivbeizen, wird eine große Oberflächenrauigkeit erzeugt. Dies erfolgt durch den parallelen Verlauf des Metallabtrages und der Bildung einer Kristallschicht auf der Metalloberfläche. Eine große Rauigkeit führt, dank einer mechanischen Verankerung, zu einer hohen Haftfestigkeit der Beschichtung. Im letzten Schritt des Aktivierungsverfahrens, der Aktivierung, wird die Kristallschicht in einer Säure aufgelöst. Die Haftfestigkeit der Beschichtung wird verbessert, wenn dabei der Aktivierungszustand der Metalloberfläche aufrechterhalten wird.
In dieser Arbeit werden Entwurf und Implementierung eines Systems zur automatisierten Erstellung wissensvermittelnder Dokumente für das World Wide Web beschrieben. Grundidee des zugrundeliegenden Ansatzes ist die dynamische Generierung von Dokumenten auf Basis existierender Fragmente wie z.B. Texten, Grafiken, Videosequenzen, etc. Diese Basisbausteine werden als Medienobjekte bezeichnet. Medienobjekte werden in einem ersten Schritt über einen sog. Abhängigkeitsgraphen zueinander in Beziehung gesetzt. Anschließend werden die bezüglich gegebener Nutzervorgaben (Lernziele, Vorwissen, Dokumentstruktur, etc.) bestgeeigneten Medienobjekte ausgewählt und strukturiert. Durch Zusammenfassung benachbarter Objekte entstehen Seiten und Kapitel, die dem Nutzer als Hierarchie von HTML-Dateien zugänglich gemacht werden können. Die einzigen beiden vom Autor des Dokuments manuell durchzuführenden Aufgaben sind die Beschreibung von Medienobjekten durch Meta-Informationen und die abstrakte Spezifikation des zu erzeugenden Dokuments über vordefinierte Nutzungsszenarien. Dieses im Rahmen der vorliegenden Dissertation entwickelte Verfahren wird als Bottom-Up Generierung bezeichnet, da ausgehend von existierenden Medienobjekten zuerst eine Medienobjektstruktur, anschließend eine Seitenstruktur und erst zum Schluß die logische Kapitelstruktur berechnet wird. Die im Gegensatz hierzu stehenden, weit verbreiteten Top-Down Verfahren gehen genau umgekehrt vor: Hier wird anhand einer festen Struktur (z.B. einem konzeptuellen oder einem semantischen Netz) zuerst eine Kapitelstruktur festgelegt, zu der erst danach die passenden Medienobjekte gesucht und zusammengefaßt werden. Der Bottom-Up Ansatz bietet eine Reihe von Vorteilen: * Die erstellten Dokumente sind sehr einfach wart- und erweiterbar, da keine statischen Abhängigkeitsstrukturen gepflegt werden müssen. * Adaptierbarkeit und Adaptivität werden implizit unterstützt. * Die Kosten der Erstellung von Lehr- und Informationssystemen können stark reduziert werden, da auf bereits existierende Medien zurückgegriffen werden kann. Der größte Vorteil des in dieser Arbeit beschriebenen Bottom-Up Ansatzes ist jedoch, daß es sich um ein ausbaufähiges Modell handelt, mit dem der manuelle Aufwand des Autors durch den Einsatz von aktuellen und zukünftigen Verfahren aus dem Information Retrieval, der künstlichen Intelligenz, dem Data Mining und der Informationsintegration sukzessive reduziert werden kann. Das Fernziel dabei ist, eines Tages zu einer vollautomatischen Dokumentenerzeugung zu gelangen, die in der Lage ist, Anfragen eines Nutzers mit strukturierten, adaptierten und vor allem hochaktuellen Dokumenten zu beantworten.
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.