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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.
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.