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In den letzten Jahren erkannten Unternehmen zunehmend die Bedeutung der Entwicklung ihrer Talente, doch eine klare Handlungsstrategie dazu fehlt. Basierend auf dieser Problemstellung entwirft die vorliegende Forschungsarbeit in Form des Nachwuchs-Entwicklungs-Index (NEX) eine praktische Evaluation sowie einen zweckdienlichen Leitfaden zur Integration einer strategischen Nachwuchs-Entwicklungs-Struktur.
Die Forschung zum NEX sah hierfür 3 Forschungsschritte vor: Eine Literaturrecherche, die Experteninterviews sowie die quantitative Indexdefinition.
Damit verbunden wurden folgende Forschungsfragen zur Eingrenzung des Vorhabens festgehalten:
- Sind individuelle Faktoren, welche das individuelle Beziehungsmanagement zu einem Nachwuchsmanager berücksichtigen, entscheidend für die professionelle Nachwuchsmanagemententwicklung?
- Welche Faktoren sind als Ergänzung zum Personalmanagement-Professionalisierungs-Index (PIX) entscheidend für die professionelle Nachwuchsmanagemententwicklung?
- Welche Handlungsempfehlungen entstehen anhand des NEX je nach Reifegrad eines Unternehmens?
Die ersten beiden Forschungsphasen, der theoretischen Aufarbeitung sowie der qualitativen Überprüfung und Eingrenzung der Themenfelder durch Experteninterviews, zeigen auf, dass die Entwicklung von Führungstalenten eine hohe Relevanz im Unternehmensalltag hat. Die quantitative Aufarbeitung dieser Grundlagen hatte einen Index zur Folge, welcher 95 Items umfasst und sich in strukturelle Items (PIX-Ursprung) und personelle Items (eigens entwickelt) unterteilte. Zur Validierung dieser Items wurde eine quantitative Online-Befragung umgesetzt. Schlussendlich konnten N = 159 auswertbare Datensätze zur Quantifizierung des NEX herangezogen werden. Parallel zur Methodik des PIX wurde eine Hauptkomponentenanalyse durchgeführt, um die wesentlichen Komponenten des NEX zu können.
Im weiteren Verlauf zeigten sich zwei übergeordnete Komponenten sowie 16 Frageitems als entscheidend für den NEX. Mit der höchsten Ladung können die folgenden Items beispielhaft als bedeutende Aspekte herangezogen werden:
- Die einzelnen Prozesse des Personalmanagements sind hinreichend miteinander verzahnt.
- Der Kernprozess zum Personaleinsatz ist im Unternehmen eindeutig festgehalten.
- Der Kernprozess zur Personalplanung ist im Unternehmen eindeutig festgehalten.
Im Zusammenhang mit der personellen Komponente sind folgende Maßnahmen beispielhaft wichtige Aspekte, um eine professionelle Nachwuchs-Entwicklungs-Strategie abzubilden:
- Über ein Alumni-Netzwerk wird Kontakt zu ausgeschiedenen Mitarbeitern gehalten.
- Die subjektive Mitarbeiterzufriedenheit wird bei der Mitarbeiterbeurteilung berücksichtigt.
- Mit jedem Mitarbeiter, der aus dem Unternehmen ausscheidet, wird ein strukturiertes Kündigungsgespräch geführt.
Die Ergebnisse ermöglichen es Unternehmen, zukünftig mit einem ökonomisch überschaubaren Aufwand erste Einblicke über den Stand der Professionalisierung ihrer eigenen Nachwuchs-Entwicklungs-Arbeit zu erhalten.
This thesis is dedicated to the structured sheet metals topic. Structured sheet metals are semi-finished products with the honeycomb (cell) shape, made by cold forming of the flat sheets. They represent an innovative technology in the field of lightweight construction. In recent years, this technology has undergone dynamic development what gives to researchers possibilities to improve the level of knowledge about structured sheets metals properties and explore new application fields for them.
The structuring improves basic properties, such as stiffness, compared to the flat sheet material. Due to these advantages, the use of structured sheet metals offers enormous innovation potential for efficient lightweight construction in many industrial sectors such as aerospace, rail transport technology, architectural products. Structured sheets have already been implementing in lighting technology, in the manufacture of household appliances and even in automotive industry. So that, the question arises if it possible to apply this kind of material successfully in other areas such as building industry.
This work contains an overview of the lightweight constructions historical development and stiffening elements in the steel industry, also the creation process of structured sheet metals, manufacturing investigated specimens, further bending tests, numerical simulations, analysis and comparison of resulting data and possible further use of lightweight beams with structured sheet elements as a building construction.
In this work beams compound of structured and flat plates are investigated. Steps of structured plates manufacturing process are described: hydroforming, point- and laser welding and bending. As a result, lightweight beams of two main shapes are manufactured: C- and square sectioned. There are four types of beams for each of the shapes are investigated. Every type has same geometrical dimensions, but thicknesses vary.
The series of laboratory tests with created beams under load is made. Three- and four-points bending tests are chosen for that.
This work also presents numerical analysis based on conducted experiments: buckling and global non-linear behavior of specimens by use of the software package ABAQUS/CAE are obtained. The behavior of the beams with structured and flat sheets under load is analyzed and the comparison of parameters such as load bearing capacity and stiffnesses is made.
Finally, in addition to laboratory and simulations, parametric modelling is done. Also, based on parametric calculations, the proposal for calculation the beams stiffness for with higher thicknesses is given. It allows to predict the behavior of beams with structured sheets with different thicknesses without manufacturing and conducting the expensive and time-taking laboratory experiments.
In conclusion, the recommendations for the simplifying of manufacturing process and for the improving of the beams stiffnesses are given.
With the increasing consciousness of the value of wetland ecological and environmental functions and its fast rate of decline in the size of this important and rich ecosystem globally, the Niger Delta ecosystem has been reported to be undergoing tremendous change, hence the need for this research, to identify the challenges and proffer solutions. This study focuses on ascertaining if a change has occurred in the Upper Orashi Forest Reserved wetland, to know and evaluate the policies used in managing the wetland in the region and Nigeria. To ascertain the wetland change, land cover change detection was carried out using Geographic Information Systems and Remote Sensing to produce paradigm or data to detect change occurrence in the wetland area. Supervised classification of land use and land cover change was carried out using LANDSAT data from 2002, 2008, and 2019. Thereafter, the land cover transition was mapped for the period 2002 to 2019 and this was computed for the net land cover change for the period of study. The site was classified into three different classes and each class was analyzed using the land use and land cover change model formula. The result from this part shows that there is a consistent decrease in the wetland area for the period under review and in the other two identified classes, some interchangeable compositions were observed for the period of study. To validate this result, the opinion of experts and the host community is needed. Two sets of questionnaires were designed for experts and local community dwellers to sample their opinion in relation to the wetland and its management. The information collected was analyzed using Microsoft excel and the result shows that changes have occurred in the wetland of Upper Orashi Forest (decrease in size and other challenging issues with respect to policies and regulations). This study has identified critical challenging issues facing wetlands in the region or driving factors of wetland loss in the study area. Thereafter making recommendations that will help address these issues to actualize environmental sustainability and sustainable wetland in the region and Nigeria at large.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erweiterung der Vereinfachten Fließzonentheorie, welche ein effizientes Verfahren zur Abschätzung von Zustandsgrößen im Einspielzustand ist. Die wesentlichen Erweiterungen werden im Bereich der Mehr-Parameterbelastungen und in der Verwendung von Theorie II. Ordnung beschrieben.
Bei der Berücksichtigung von paarweise auftretenden Lastfällen (Ein-Parameterbelastungen) hat sich das Verfahren bereits bewährt und wird in dieser Arbeit für die Berücksichtigung von beliebig vielen Lastfällen (Mehr-Parameterbelastungen) erweitert. Es wird in numerischen Untersuchungen nachgewiesen, dass eine paarweise Betrachtung von Lastfällen gegenüber der Mehr-Parameterbelastung zu Fehleinschätzungen der Beanspruchungen führen kann. Die Berücksichtigung aller beteiligten Einwirkungen durch Mehr-Parameterbelastungen in der Vereinfachten Fließzonentheorie liefert einen effizienten und detaillierten Einblick in elastisch-plastisch beanspruchte Tragwerke im Einspielzustand. (DFG-Projektnummer: 286671283)
Schlanke Tragwerke, bei denen die Struktursteifigkeit durch Membranspannungen beeinflusst wird, erfordern eine Berechnung nach Theorie II. Ordnung. Bei unter Druck stehenden Rohrleitungen und insbesondere bei dünnwandigen Rohrbögen können signifikante Steifigkeitseffekte beobachtet werden. Treten zusätzlich zyklische und überelastische Beanspruchungen auf, interagiert die geometrische Nichtlinearität und die Materialnichtlinearität. Um dem daraus entstehenden hohen Berechnungsaufwand entgegenzutreten, wird eine Technik vorgestellt, die es ermöglicht, die Vereinfachte Fließzonentheorie unter Berücksichtigung von Theorie II. Ordnung zu verwenden. An numerischen Untersuchungen wird gezeigt, dass diese Weiterentwicklung der Vereinfachten Fließzonentheorie eine hohe Qualität der Ergebnisse bei deutlich geringerem Berechnungsaufwand liefert. (DFG-Projektnummer: 416907346)
This thesis summarizes the author’s developments of combustion models and multi-objective optimization methods for gasoline and diesel engines. The combustion models belong to the family of zero-dimensional stochastic reactor models introduced in the 1990s to improve the prediction of emissions with detailed chemistry in partially stirred reactors.
The first part introduces the fundamentals of the physical and chemical models describing the combustion process. As a novelty, k−ε turbulence models were implemented in the stochastic reactor model to predict the turbulent time and length scales in gasoline and diesel engines. This development allowed an improvement of the models for convective heat transfer, fuel evaporation, gas exchange across the valves, turbulent flame propagation and crevice flow, which depend on the turbulent time and length scales.
In the second part, the multi-objective optimization platform for automatic training of the stochastic reactor model is presented. The optimization method considers multiple operating points to find a set of model parameters that predict performance and emissions over the entire engine map. The Non-domination Sorting Genetic Algorithm II is combined with the stochastic reactor model and response surface models to find the best Pareto front. Multi-criteria decision making is used to select the best designs from the Pareto front.
Finally, the third part of this thesis deals with the validation of the stochastic reactor model and the multi-objective optimization platform. For this purpose, experiments of two single-cylinder research engines with spark ignition, one passenger car engine with compression ignition and one heavy duty engine with compression ignition are used. For the spark ignition engines, a set of model parameters was found that predicts well the power and emissions over the whole engine map. The calculated turbulent kinetic energy, dissipation, and angular momentum follow the trends of the three-dimensional computational fluid dynamic simulations to a good approximation for various operating points. For the two compression ignition engines, the prediction of combustion progress and nitrogen oxide emissions are in good agreement with the experiments. Larger discrepancies were found for the prediction of carbon monoxide and unburned hydrocarbon. Optimization of the soot model parameters improves the prediction of soot mass for operating points throughout the engine map.
Stetig steigende Leistungen der Leistungsverstärker in den Sender-Empfängermodulen zwingen den rauscharmen Verstärker zu einem immer höheren Schutz am Eingang. Aufgrund hoher Durchbruchspannungen bieten GaN HEMTs eine robuste Eingangsstufe, womit ein Schutz des LNA Eingangs und die damit verbundene Verschlechterung der Rauschzahl unnötig wird. Allerdings nützte dieser Schutz nicht allein den rauscharmen Verstärker, da nachfolgende Stufen durch die hohen Ausgangsleistungen der GaN LNAs zerstört werden können. Daher widmet sich diese Arbeit der Untersuchung von robusten rauscharmen GaN Verstärkern sowie verschiedener Schaltungen zum Schutz der nachfolgenden Stufen vor einer zu hohen Eingangsleistung, wobei die Rauschzahl unbeeinflusst bleiben soll.
Da eine robuste Eingangsstufe relevant für diese Arbeit ist, wurden neuartige Designs von robusten GaN LNA MMIC untersucht. Einerseits wurde ein LNA MMIC Chip mit einer gestapelten Eingangsstufe entwickelt, womit die Eingangsleistung und entsprechend die Robustheit erhöht werden konnte. In dieser Arbeit wird ein verbessertes Design des gestapelten GaN LNA MMIC vorgestellt, dessen Verstärkung von mehr als 23 dB und ein Rauschmaß von 2,6 dB im C-Band Frequenzbereich erreicht. Anderseits wurde ein neuartiger multiband GaN LNA MMIC für die Frequenzen 0,8 GHz; 1,8 GHz und 3,6 GHz entwickelt. Dieser erreicht eine Verstärkung von mehr als 29 dB bei 0,8 GHz und mehr als 34 dB bei 3,6 GHz mit einer maximalen Verstärkung von 34,9 dB bei 1,8 GHz sowie einen minimalen Rauschmaß von 2,2 dB bei 3,6 GHz. Der multiband LNA MMIC ist mit einen OIP3 von mehr als 36dBm bei 3,6 GHz hochlinear. Weiterhin wurde für den gestapelten und den multiband GaN LNA MMIC die Robustheit mittels eines hochohmigen Widerstands in der Gate Versorgung verbessert.
Im Rahmen der Charakterisierung von GaN Verstärkern zeigt sich, dass der Gate DC und Drain DC Strom Indikatoren jeweils für die Kompression und Sättigung der Ausgangsleistung im Überlastfall darstellen. Der Zusammenhang zwischen dem Gate DC Strom und dem Überlastfall war der Ausgangspunkt für die Entwicklung der Schaltungen zur Limitierung der Ausgangsleistung, um die nachfolgenden Stufen des LNAs zu schützen. Daher wird dieser Strom zum Schalten eines Ausgangsdämpfungsglieds sowie einer adaptiven Drain DC Versorgung verwendet. Das Ausgangsdämpfungsglied wurde als ein GaN HEMT in Common-Gate Konfiguration an den Ausgang eines robusten GaN LNAs auf einen Chip geschalten, wodurch im Überlastfall eine Dämpfung von 29 dB erreicht wird. Weiterhin konnte durch die adaptive Drain DC Versorgung, welche als eine hybride Schaltung mit einem robusten GaN LNA MMIC als Kern entwickelt wurde, eine Dämpfung von 28 dB erzielt werden. Sowohl für das Ausgangsdämpfungsglied als auch für die adaptive Drain DC Versorgung blieben die Kleinsignal Verstärkung und das Rauschmaß des GaN LNA MMICs unbeeinflusst.
Programmable Logic Controllers (PLCs) are pivotal in Critical Infrastructures (CIs) and Industrial Control Systems (ICSs), governing processes in nuclear power plants, petrochemical factories, and water treatment systems. Despite their importance, PLCs are vulnerable to security threats, notably control logic injection attacks, aiming to sabotage physical processes. This thesis delves into PLC security, analyzing vulnerabilities in non-cryptographically and cryptographically protected PLCs, particularly Siemens S7-300 and S7-1500 models.
Siemens, an automation market leader, utilizes S7-300 PLCs in millions of applications, reflecting the broader ICS security landscape. The S7-1500 line claims resistance to cyberattacks, including control logic injections. The thesis evaluates authentication in non-cryptographically protected PLCs, introducing a stealthy control logic injection attack scenario using an S7-300 PLC and S7Comm protocol.
The second part explores integrity checks in cryptographically protected S7-1500 PLCs. Findings, encompassing disclosed vulnerabilities, lead to a severe control logic injection attack with a malicious interrupt block, conducted in an industrial setting using the S7-1500 and S7CommPlus protocol.
The final segment focuses on Profinet protocol security and an injection attack scenario. The study demonstrates adversaries manipulating critical data without prior knowledge, causing harm to physical processes. A real-world attack on a Profinet-based system with two S7-300 PLCs is executed.
The thesis concludes by proposing mitigation solutions, enhancing PLC and communication protocol security. This contribution elevates the security posture of millions of operating devices globally, advancing PLC security research.
Die doppelte Krise der Kleinstädte, die sich einerseits aus einer allgemeinen Investitionskrise und andererseits einer Gestaltungskrise zusammensetzt, ist mit Blick auf diesen Beitrag als durchaus ambivalent zu bewerten. Hinsichtlich der Investitionskrise ist zunächst ein erheblicher und struktureller Investitionsrückstand festzustellen, der im Durchschnitt über alle kommunalen Gruppen (kreisangehörige Gemeinden, kreisfreie Städte und Landkreise) hinweg besteht, in den Größenklassen der kreisangehörigen Gemeinden jedoch unterschiedlich hoch ausgeprägt ist. So sind die Kleinstädte im Gesamtbild überraschend gut aufgestellt, obwohl sie nicht besonders steuerstark sind. Eine besondere Investitionskrise der Kleinstädte konnte dementsprechend aus den empirischen Untersuchungen nicht abgeleitet werden. Zugleich sind Kleinstädte bei der Bewältigung der künftigen Herausforderungen besonders gefordert, da deren Komplexität (demografischer Wandel, Klimatransformation, Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft) in diesen Gemeinden auf relativ kleine Verwaltungen mit wenigen Möglichkeiten der tiefen Spezialisierung trifft. Darüber hinaus kann auch keine allgemeine Gestaltungskrise in den Kleinstädten konstatiert werden. Der Umfang der freiwilligen Aufgabenwahrnehmung, welcher einen geeigneten Gradmesser der kommunalen Möglichkeiten zur Selbstverwaltung repräsentiert, fällt durchschnittlich zwar niedriger aus als in den Mittel- und Großstädten. Dies ist jedoch bezugnehmend auf deren konkreten Aufgabenumfang und räumliche Ausstrahlwirkung wenig verwunderlich. Für die Kleinstädte erscheint dabei weniger eine Abgrenzung nach der Einwohnerzahl, sondern vielmehr die Einstufung in das System der Zentralen Orte bedeutsam. Dies gilt sowohl für die Abgrenzung gegenüber größeren Städten (d. h., Mittel- und Oberzentren) als auch gegenüber kleineren Gemeinden ohne städtischen Charakter. Demnach scheint die Einstufung in Grund- und Mittelzentren ein zweckmäßiger Maßstab für eine Differenzierung zwischen kleineren und größeren Kleinstädten zu sein. Demzufolge ist für die Kleinstädte hinsichtlich ihrer Funktion als „Anker“ im ländlichen Raum weniger die eigene Bevölkerungszahl als vielmehr die zentralörtliche Einstufung relevant, die somit tatsächlich das Handeln vor Ort entscheidend prägt. Trotz der vergleichsweisen guten Lage der Kleinstädte ist eine krisenhafte Entwicklung durchaus mit Blick auf die Fördermittelpraxis zu konstatieren, wobei die Förderbürokratie, ungünstige Anreizeffekte und die permanente Fremdsteuerung durch die Fördermittelgeber (vorrangig die Länder) die Gestaltungskraft vor Ort vielfach lähmen. Diesbezüglich sollte die staatsinterne Bürokratie wieder verstärkt durch lokale Gestaltungsräume ersetzt werden. Dies könnte mit einer Stärkung frei verfügbarer Finanzmittel verbunden werden, sodass Kleinstädte künftig im Einklang mit ihren individuellen Rahmenbedingungen erfolgreich in die Zukunft investieren können.
Gegeben sei für ein binäres Klassifikationsproblem ein künstliches, neuronales Netzwerk ann bestehend aus ReLUKnoten und linearen Schichten (convolution, pooling, fully connected). Das Netzwerk ann sei mit hinreichender Genauigkeit an Hand von Trainingsdaten trainiert. Wir werden zeigen, dass ein solches Netzwerk in verschiedene Partitionen des Eingaberaums zerlegt werden kann, wobei jede Partition eine lineare Abbildung der Eingabewerte auf einen klassifizierenden Ausgabewert repräsentiert. Im Weiteren gehen wir von einem einfachen Netzwerk ann aus, bei dem die Eingangswerte Mintermen von Attributwerten entsprechen. Einfach ist ein Netzwerk, wenn es für eine geringe Anzahl von Attributen trainiert wurde und die Anzahl der ReLU-Knoten ebenfalls gering ist. In der Arbeit wird gezeigt, dass jede lineare Partition durch einen CQQL-Ausdruck beschrieben werden kann. Ein CQQL-Ausdruck lässt sich mit Hilfe von Quantenlogik-inspirierten Entscheidungsbäumen beschreiben.
Bürgerbeteiligung ist in Kleinstädten bereits gängige Praxis, wobei zunehmend digitale Plattformen für die Umsetzung von Beteiligungsprojekten zum Einsatz kommen. Diese können mehrere Vorteile mit sich bringen: Sie erreichen Zielgruppen, die sich mit analogen Formaten schwer aktivieren lassen, ermöglichen eine zentrale Abwicklung von Projekten und eine datenbasierte Auswertung von Nutzungsdaten. Zudem sollen sie Kosten und Arbeitszeit einsparen, was besonders für kleinstädtische Verwaltungen mit begrenzten Ressourcen relevant ist. Ob diese Vorteile digitaler Beteiligungsplattformen sich in der Beteiligungspraxis von Kleinstädten bereits verwirklichen lassen, ist bisher noch nicht erforscht. Die zentralen Forschungsfragen, die mit diesem Forschungsprojekt beantworten werden, lauten daher: Wie erfolgt die Umsetzung digitaler Bürgerbeteiligungsprojekte in ausgewählten Kleinstädten? Inwieweit können Kleinstädte die viel diskutierten Chancen digitaler Beteiligung bereits in die Realität umsetzen? Welche sind die zentralen Hindernisse? Für die Studie wurden fünf Kleinstädte in Deutschland ausgewählt, die bereits digitale Bürgerbeteiligung umsetzen: Amt Hüttener Berge (Schleswig-Holstein), Merzenich (Nordrhein-Westfalen), Hebertshausen (Bayern), Bad Dürkheim (Rheinland-Pfalz) und Guben (Brandenburg). Das methodische Vorgehen umfasste die Durchführung von leitfadengestützten Interviews mit Mitarbeiter:innen aus der städtischen Verwaltung sowie die Auswertung von Nutzungsdaten der fünf eingesetzten Plattformen. In der Analyse des Umsetzungsprozesses der digitalen Beteiligungsprojekte wurde deutlich, dass die erwarteten Vorteile digitaler Plattformen sich zum Teil bereits bewahrheiten. Insbesondere bei der Bereitstellung von Informationen zu städtischen Vorhaben und der Dokumentation von Beteiligungsprozessen erweisen sich die Plattformen als sehr wertvoll – unter anderem für die Nachverfolgbarkeit und somit Legitimierung städtischer Entscheidungen. Darüber hinaus erfuhr das Thema Beteiligung in allen untersuchten Kleinstädten durch die Einführung einer digitalen Beteiligungsplattform wieder größere Aufmerksamkeit, sowohl auf Seiten von Politik und Verwaltung als auch auf Seiten der Bürger:innen. Gleichzeitig haben sich bei der Analyse des Umsetzungsprozesses von Beteiligungsprojekten deutliche Herausforderungen gezeigt. Die größten liegen dabei in der Steigerung der Teilnehmendenzahl, der Ansprache spezifischer Zielgruppen sowie der sorgfältigen Durchführung von Projekten bei gleichzeitigem Effizienzanspruch. Viele dieser Herausforderungen haben strukturelle Wurzeln: Die für digitale Bürgerbeteiligung Zuständigen sind aufgrund eines vielfältigen Aufgabenspektrums häufig überlastet und es fehlt ihnen teilweise der spezifische Wissenshintergrund für digitale Beteiligung. Verstärkend kommt hinzu, dass die untersuchten Kleinstädte bisher noch keine Leitlinien für die Durchführung von (digitalen) Beteiligungsprojekten etabliert haben. Solche Leitlinien könnten als Richtschnur dienen und die Qualitätssicherung dieser Projekte unterstützen. Ableitend aus diesen Ergebnissen wurden in der Studie Handlungsfelder für Kommunen identifiziert und Empfehlungen formuliert.
Energy efficiency is vital for future low-power electronic applications. This ultra-low power consumption requirement enables the research beyond the conventional charge-based memories. Further, reliability, high scalability, fast switching, CMOS compatibility, high endurance, etc., are some of the characteristics envisaged by the new generation of emerging non-volatile memories (NVMs). A memristor or OxRAM is one among the many emerging NVMs, which can exhibit the aforementioned characteristics, and it has the potential to replace the power-hungry conventional NVMs.
The memristive devices have the advantage of monolithic integration with the CMOS logic, which enables the widening of their application areas. Despite their various advantages, the reliability, forming voltages, and variability of the devices pose a hurdle to their wide commercial usage. Hence, it is crucial to identify these factors and mitigate them. This thesis addresses these issues through fabrication process improvements, electrical characterization techniques, and device-engineering methods.
The improvements in the fabrication processes reduced the pristine state currents of the memristive devices. It impacted the reliability and resistive switching performance of the memristive devices directly. To further improve the performance, the memristive devices are integrated into the 130 nm BiCMOS baseline technology of IHP. Additionally, dedicated test structures are developed to monitor and control the fabrication process steps through in-line electrical characterization.
Further, the forming current and voltage values, along with their dispersions in the 4 kbit memristive arrays, were reduced by utilizing the electrical characterization techniques. Accordingly, the forming operations were performed at high operating temperatures using incremental step pulse and verify algorithm (ISPVA). In contrast to the well-known method of increasing the current compliance (1R) or the gate voltage of the transistor (1T-1R) to increase the conduction filament size, a thin layer of Al2O3 is added. This device engineering technique reduced the variability in both LRS and HRS currents of the memristive devices. Additionally, the conduction filament properties in both states are modeled by using the quantum point contact (QPC) model. Finally, harnessing the intrinsic variability of the memristive devices for neuromorphic computing applications is demonstrated. The reliability of the devices is assessed through endurance and retention characteristics.
Numerical investigation and extension of quadrature-based moment methods for population balances
(2023)
Particulate systems can be described by a number density function (NDF) with respect to a vector of internal coordinates. The evolution of the NDF is governed by the typically high-dimensional population balance equation (PBE). A common approach to reduce the dimensionality of the problem is to solve only for a set of moments instead of the NDF. The derived system of moment equations, however, includes unclosed integral terms that still contain the unknown NDF. One way to close the system of moment equations is to approximate the unclosed integral terms using a Gaussian quadrature computed from the moments. The procedure of taking a set of moments to compute a Gaussian quadrature, which is, in turn, used to close the moment equations, is known as the quadrature method of moments (QMOM). It gave rise to an entire family of methods, the quadrature-based moment methods (QBMMs), which are the primary focus of this work. The presented research can be divided into three major parts. The first part involves the formulation of a common Lagrangian droplet breakup model for QBMMs and the numerical investigation with the QMOM as well as the more sophisticated extended QMOM (EQMOM). The results indicate that the approximations are reasonably accurate when at least six moment equations are solved, with the EQMOM providing no advantages for the investigated configurations. In the second part, a quadrature-based moment model for the effects of fluid turbulence on particle velocities is formulated. The resulting moment equations contain non-smooth integrands that are the source of large errors when using common QBMMs. As an alternative, the Gauss/anti-Gauss QMOM (GaG-QMOM) is proposed that uses the average of a Gaussian and an anti-Gaussian quadrature. Numerical studies show that the GaG-QMOM is able to significantly reduce the previously observed large errors. Another novelty proposed in this context is the modification of the second-order strong-stability preserving Runge-Kutta method to guarantee the preservation of moment realizability in the presence of phase-space diffusion. The third part is concerned with the numerical exploration of the core algorithm of most QBMMs in terms of performance and accuracy. The algorithm consists of, first, computing the recurrence coefficients of the orthogonal polynomials associated with a set of moments, second, solving a symmetric tridiagonal eigenvalue problem to obtain the quadrature nodes and weights, and third, evaluating the integral terms in the moment equations. The results indicate that the contribution of the first step to compute the recurrence coefficients from moments to the overall computational costs is negligible. Instead, the primary focus should be on the fast solution of the eigenvalue problem and, possibly, on the efficient implementation of the moment source term evaluation, which becomes important when second-order processes are considered.
Die Publikation versammelt die Ergebnisse der Veranstaltung „Utopia Kulturelle Bildung: Kunst, Medien und Kultur in der Transformationsregion Lausitz“, die im Juni 2023 vom Fachgebiet „Medienpädagogik: Ästhetische Praxis in der Sozialen Arbeit“ der BTU Cottbus-Senftenberg in Kooperation mit dem gemeinnützigen Verein M2B e.V. durchgeführt wurde. Leitende Fragestellungen der Veranstaltung waren u.a.: Wie können Kulturelle Bildung, Kunst und Kultur Beteiligungsprozesse in einer Transformationsregion unterstützen? Und welche Rolle spielen dabei positive Zukunftsszenarien aus utopischen Geschichten oder Bildern? Bei Vorträgen, Podiumsgesprächen, Filmscreenings, Workshops und einer Stadtführung wurde die Rolle von utopischem Denken und Kultureller Bildung im Transformationsprozess verdeutlicht und künstlerisch-praktisch erprobt. Dabei ging es auch um den Beitrag der sorbisch-wendischen Initiativen im Transformationsprozess – hin zu einer klimagerechten Gestaltung des Natur-Kultur-Raums Lausitz. Mit dem Fokus auf das Thema Partizipationsmöglichkeiten durch Kultur, (digitale) Medien und die Künste dokumentiert der Tagungsband die diversen Ansätze, Studien und Argumente der Beteiligten. Die Rubrik „Impulse“ stellt Konzepte und Perspektiven aus Kultureller Bildung, Kunst und Transformationsforschung vor. Die zwei Podiumsgespräche der Tagung werden in der Rubrik „Diskussionen“ dokumentiert. Der dritte Teil des Bandes stellt konkrete „Praxisansätze“ vor, mit denen Utopiefähigkeit in der Kulturellen Bildung angeregt werden kann wie u.a. Schreib-, Theater-, Medien-/Foto- und Musikpädagogik sowie „Blaudruck im 21.Jahrhundert“, einen kritischen Stadtrundgang und „Kritisches Kartieren“.
The current global warming caused by the enormous negative effects of climate change rings alarm bells to humanity. It requires a colossal cooperation of scientific researchers and practitioners in all professions to invent innovating solutions to reduce the impact of global warming. In fact, the use of kinetic facades in architecture helps to save up to 50% of energy used in office space and to reduce 20% of CO2 emissions of entire building. Thus, how effective can the use of kinetic facades be in different climate regions? This research employs Grasshopper to design kinetic facades based on Minimal surfaces. DIVA 4.1 and LadyBug software based on the EnergyPlus are used to generate output data of energy use for cooling system of kinetic facade and 06 conventional facades in Berlin, Ho Chi Minh and Las Vegas in two SRES scenarios (A1FI and B1) of the IPCC in 2020, 2050 and 2080. The output data shows that the performance of the kinetic facade is approximately 40% higher than the facade with high-performance double glazing. Meaning, there is great potential to apply kinetic facades in various places on Earth in the current context of severe climate change.
Mit zunehmender Bestimmtheit stellt sich den großen sozialen, ökologischen und ökonomischen Fragen des 21. Jahrhunderts die Vision einer Großen Transformation der Gesellschaft gegenüber. An der Stelle von Politik und Staatlichkeit als legitimierten, regulierenden Instanzen steht in dieser Vision eine breite Allianz gesellschaftlicher Akteure aus Wissenschaft, Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. U.a. differenzierungstheoretisch informierte Kritiken beleuchten den außerwissenschaftlichen Referenzrahmen, der bestimmt, was als sozial robustes Wissen am Ende eines transdisziplinären oder transformativen Forschungsprozesses stehen sollte. Im Fokus der vorliegenden empirischen Untersuchung stehen öffentlich geförderte Projekte der Arbeits- und Organisationsforschung im Verbund aus Sozialwissenschaftler*innen, Vertreter*innen anderer Disziplinen sowie Beteiligten aus Unternehmen, Verbänden und Bildungseinrichtungen. Aus der Perspektive der Akteurszentrierten Differenzierungstheorie Uwe Schimanks wird Verbundforschung als intra- und intersystemische Verhandlungskonstellation verstanden. Den methodischen Kern des Fallstudien-Ansatzes bilden qualitative Interviews mit Verbundbeteiligten der diversen wissenschaftlichen und nicht-wissenschaftlichen Partner ausgewählter Verbundprojekte. Es wird danach gefragt, welchen besonderen Bedingungen sozialwissenschaftliche Forschung im Rahmen dieser Verbundformate unterliegt, wie die beteiligten Sozialwissenschaftler*innen diese hinsichtlich ihrer wissenschaftlichen Wirkungen bewerten und welche (Ko-)Evolutionsstrategien sie verfolgen, um wissenschaftlichen Nutzen zu erzielen. Die Untersuchung zeigt, dass sich aus der gemeinsamen Entwicklung von Gestaltungsansätzen mit den Anwendungspartnern ein weitreichender Einblick in Arbeit und Organisation ergibt und auf dieser Basis ein spezifisches, qualitativ dichtes Wissen entsteht. Gestaltungsanforderungen binden jedoch Arbeitskapazitäten, die für die wissenschaftliche Elaboration oft fehlen. Die Forschenden hinterfragen die Transferanforderung dabei nicht grundsätzlich, sondern kritisieren Umfang, förderpolitisch vorgegebene Formate und deren Transfereffekte. Die vorliegende Arbeit bietet qualitative empirische Schlaglichter auf einen bisweilen stark programmatisch diskutierten Gegenstand und ordnet diese gesellschaftstheoretisch ein. Der entstandene Brückenschlag zwischen soziologischer Gesellschaftstheorie und empirischer Wissenschaftsforschung bietet Anschlüsse für weitere Untersuchungen: Agile und responsive Formate von Forschung, Entwicklung und Transfer und komplexer werdende Akteurskonstellationen erhöhen den Möglichkeitsraum aller Beteiligten. Umso wichtiger wird es, die diversen Handlungsrationalitäten der Verbundpartner und sich ergebende Intentionsinterferenzen systematisch in den Blick zu nehmen, um die ko-evolutiven Effekte transdisziplinärer und transformationsorientierter Forschung zu erhöhen.
Increased human activity, such as deforestation, is a major driver of biodiversity loss worldwide. In Cameroon, these activities could ultimately threaten the survival of the Nigeria-Cameroon chimpanzee, but knowledge of their abundance and ecology in the Kom - Wum Forest Reserve in Cameroon is still lacking. This research aimed to estimate the population size of this chimpanzee subspecies and assess threats, investigate nesting behaviour, identify suitable habitats, determine feeding habits and document the tools used for food acquisition. Research was conducted using line transects during two seasons: wet (May-September 2018) and dry (November 2019-March 2020). Population size and threats were assessed by georeferencing signs of chimpanzees and human activity along line transects. Nesting behaviour was investigated by recording the characteristics of nesting trees along line transects and mapping their distribution in ArcGIS. Suitable habitat was identified by relating chimpanzee presence signs to local environmental variables related to relief, vegetation and human impact using the Maximum Entropy Species Distribution Model (MaxEnt). Feeding habits were investigated by direct examination of chimpanzee faeces, and tool use was documented by observation and measurement of tools in situ. The reserve is home to up to 83 chimpanzees. Signs of chimpanzee activity were significantly higher in mature forest than in secondary forest, and above 1000 m than below 1000 m. Hunting was the main threat to chimpanzees, and the occurrence of chimpanzee signs decreased significantly with increasing human activity. Chimpanzees preferred tall, mature forest trees at higher elevations with slopes for nesting, and avoided areas near villages and bare land. Only 8% of the study area was suitable chimpanzee habitat. Fruit dominated the chimpanzees' diet, but they also consumed leaves and fruit pith, especially during the dry season. There was also indirect evidence that chimpanzees used tools to consume driver ants (genus Dorylus). Seasonality significantly affected the size of tools used by chimpanzees for driver ant predation. They preferred to use thicker and shorter tools for driver ant predation during the rainy season, whereas longer and thinner tools were used during the dry season. The results of this research highlight the need to reduce poaching and deforestation to protect the remaining chimpanzee population and suitable habitat in the reserve and surrounding unprotected forest. High-elevation and mature forests are critical for chimpanzee conservation and should be a high priority for protection. This research has filled the knowledge gap on what little was known about the abundance and ecology of Nigeria-Cameroon chimpanzees.
Die Statistik zu Cybercrime-Straftaten zeigt auch nach der Covid-19-Pandemie keine Abnahme. Die fortwährende Präsenz von IT-bezogenen Delikten im Bundeslagebild Cybercrime des Bundeskriminalamtes unterstreicht die anhaltende Bedeutung der Verfolgung von Cyber-Straftaten für die allgemeine Kriminalitätsbekämpfung. Die Verfolgung von Cybercrime ist entscheidend für die Sicherheit von Bürgern, Unternehmen und Institutionen in Deutschland. Die steigende Anzahl von Cybercrime-Delikten steht im Kontrast zu einer stagnierenden Aufklärungsquote. Dies erfordert neue Herangehensweisen bei der Bearbeitung dieser Delikte. Daher wurde in dieser Arbeit eine grundlegende Methode entwickelt, die den spezifischen Anforderungen von Cybercrime-Delikten gerecht wird. Um eine geeignete Methode für die Bearbeitung von Cybercrime-Delikten zu entwickeln, wurden nicht-behördliche Methoden zur Bewältigung von Sicherheitsvorfällen analysiert. Dazu gehören computerforensische Ablaufmodelle, Bedrohungsmodelle und Frameworks für IT-Ermittlungen. Gleichzeitig wurden kriminalistische Prozesse betrachtet, die in der Bewältigung kriminalpolizeilicher Lagen Anwendung finden. Dies umfasst Methoden der kriminalistischen Fallanalyse, Versions- und Hypothesenerstellung sowie Untersuchungsplanung, unterstützt durch Kriterienkataloge. Das Ziel dieser Arbeit stellt die Entwicklung einer geeigneten Methode für die kriminalpolizeiliche Untersuchung von Cybercrime-Delikten durch die Verschmelzung von Methoden der Sicherheitsvorfallbehandlung und der kriminalpolizeilichen Lagebewältigung dar. Das entstandene KFA-Prozessmodell ermöglicht die Bewertung und Analyse von Sachverhaltsinformationen anhand eines eigenen Kriterienkatalogs, bildet die Grundlage für Synthese und Untersuchungsplanung und wurde an realen Fallakten evaluiert. Zusätzlich wurde eine eigene Beschreibungssprache in Form der KFA-Taxonomie entwickelt, die die Einordnung, Beschreibung und Vergleichbarkeit von Cybercrime-Delikten ermöglicht. Abschließend befasst sich diese Arbeit mit der Umsetzung der theoretischen Grundlagen in Form von Lehrinhalten für die breite Nutzung in Ausbildungen im Bereich Cybercrime. Dazu wurden verschiedene Szenarien entwickelt, die die Anwendung des KFA-Prozessmodells, seines Kriterienkatalogs sowie die Umsetzung der KFA-Taxonomie anhand verschiedener Cybercrime-Delikte in praktischen Übungen demonstrieren. Das KFA-Prozessmodell richtet sich an Ermittler der Cybercrime-Kommissariate und -Dezernate der Kriminalpolizei. Es bietet eine strukturierte Methode für die kriminalpolizeiliche Arbeit, erläutert den kriminalistischen Hintergrund von Delikten und ist auch ohne Vorkenntnisse im Bereich der Kriminalistik anwendbar. Diese Arbeit ermöglicht zudem Unternehmensermittlern die Integration kriminalistischer Methoden in die Sicherheitsvorfallbehandlung und verbessert die Untersuchung von Cybercrime in Unternehmensbereichen.
Die bundespolitischen Rahmenbedingungen haben sich mit Blick auf den Ausbau der erneuerbaren Energien konkretisiert. Bis 2027 sind die Bundesländer verpflich-tet, 1,4% der Bundesfläche für Windenergie auszuweisen, bis 2032 sollen es 2% sein. Akzeptanz ist ein zentraler Faktor für eine breite gesellschaftliche Zustimmung zur Energiewende. Finanzielle Beteiligung ist eine Möglichkeit, um die lokale Ak-zeptanz in Standort- und Anrainerkommunen zu stärken. Mecklenburg-Vorpommern und Brandenburg haben Landesregelung zur ver-pflichtenden finanziellen Beteiligung and Windenergieanlagen geschaffen. Die ersten Erfahrungen mit den Landesgesetzen, die durch Expert*inneninterviews er-hoben wurden, deuten darauf hin, dass die Verpflichtung zur finanziellen Beteili-gung in beiden Bundesländern merkbar zu einer Steigerung der Akzeptanz von Windenergieanlagen beigetragen hat. Das Bürger- und Gemeindenbeteiligungsge-setz aus Mecklenburg-Vorpommern (BüGemBeteilG M-V) ist vom Bundesverfas-sungsgericht als zulässig erachtet worden. Damit existiert eine „Blaupause“ für eine rechtssichere Landesregelung. Entscheiden sich die Gemeinden für eine Investiti-onsbeteiligung, dann sind für sie vergleichsweise hohe Renditen bei niedrigem In-vestitionsrisiko zu erwarten. Allerdings können Investitionsoptionen Disparitäten insbesondere in sozial-ökonomisch weniger prosperierenden Regionen verstärken. Das Brandenburger Windenergieanlagenabgabegesetz (BbgWindAbgG) liefert planbare Einnahmen für die Kommunen, ist einfach umzusetzen und bietet allen Gemeinden die gleichen Wertschöpfungsmöglichkeiten, die allerdings eher gerin-ger ausfallen, als bei der Beteiligung nach BüGemBeteilG M-V. Finanzielle Beteili-gung ist ein wichtiger Baustein zur Erhöhung der Akzeptanz, er ist allerdings nur ein Element von mehreren für eine gesellschaftlich getragene und lokal akzeptierte Energiewende. Neben einem klaren und einmütigen landespolitischen Bekenntnis, transparenter Kommunikation und umfassender Planungsbeteiligung, ist die Wert-schöpfung für Standort- und Anrainergemeinden von erneuerbarer Energieerzeu-gung wichtig. Gemeinden müssen befähigt werden, informierte Entscheidungen im Sinne des gemeindlichen Gemeinwohls treffen zu können, insbesondere mit Blick auf komplexe Sachverhalte wie sie der Energiewende eigen sind. Hierfür sind bera-tende und vernetzende Akteure, wie eine gut ausgestattete Landesenergieagentur ebenso zentral wie die Unterstützung auf landespolitischer Ebene.
Physics-informed neural networks (PINN) are machine-learning methods that have been proved to be very successful and effective for solving governing equations of fluid flow. In this work we develop a robust and efficient model within this framework and apply it to a series of two-dimensional three-component (2D3C) stereo particle-image velocimetry datasets, to reconstruct the mean velocity field and correct measurements errors in the data. Within this framework, the PINNsbased model solves the Reynolds-averaged-Navier-Stokes (RANS) equations for zeropressure-gradient turbulent boundary layer (ZPGTBL) without a prior assumption and only taking the data at the PIV domain boundaries. The TBL data has different flow conditions upstream of the measurement location due to the effect of an applied flow control via uniform blowing. The developed PINN model is very robust, adaptable and independent of the upstream flow conditions due to different rates of wall-normal blowing while predicting the mean velocity quantities simultaneously. Hence, this approach enables improving the mean-flow quantities by reducing errors in the PIV data. For comparison, a similar analysis has been applied to numerical data obtained from a spatially-developing ZPGTBL and an adverse-pressure-gradient (APG) TBL over a NACA4412 airfoil geometry. The PINNs-predicted results have less than 1% error in the streamwise velocity and are in excellent agreement with the reference data. This shows that PINNs has potential applicability to shear-driven turbulent flows with different flow histories, which includes experiments and numerical simulations for predicting high-fidelity data.
Eine Mangelernährung ist eine weit verbreitete, aber oft zu wenig berücksichtigte Komplikation bei Leberzirrhose-Patient/innen. Um dieses Phänomen identifizieren zu können, werden in der pflegerischen Praxis allgemeine Screening- und Assessmentinstrumente eingesetzt. Doch häufig findet keine differenzierte Nutzung dieser Skalen unter Berücksichtigung des Krankheitsbildes statt.
Ziel dieser systematischen Literaturübersicht war es, das am besten geeignete Mangelernährungsscreening- oder Assessmentinstrument in Bezug auf Patient/innen mit Leberzirrhose im Vergleich zu typischen Skalen der Ernährungsrisiko-Erkennung zu bestimmen.
Im Juni 2023 wurde eine Literaturrecherche in den Datenbanken PubMed und Cochrane Library sowie eine freie Handsuche in Google Scholar durchgeführt. Insgesamt konnten nach Filtereinstellungen 60 Treffer identifiziert werden. Im Anschluss des Titelscreenings, Lesen der Abstracts sowie Volltexte wurden zehn relevante Studien im Zeitraum von 2020 bis 2023 eingeschlossen.
Es konnten sieben relevante Screening- sowie vier Assessmentinstrumente identifiziert werden. Nach Überprüfung der psychometrischen Daten und der Empfehlungshäufigkeit bietet das speziell für Lebererkrankte entwickelte Assessmentinstrument RFH-NPT die zuverlässigsten Werte, um bei Patient/innen mit Leberzirrhose eine Mangelernährung identifizieren zu können. Das kann daran liegen, dass diese Skala unter anderem das Item „Berücksichtigung von Flüssigkeitsansammlungen im Körper“ beinhaltet.
Die inkludierten Studien weisen im Allgemeinen eine gute Qualität auf. Größtenteils konnten sich ähnelnde psychometrische Daten festgestellt werden. Es ist zu überprüfen, ob weitere Instrumente, wie zum Beispiel MNA-SF, zur Ernährungsrisiko- Bestimmung beim Krankheitsbild Leberzirrhose angewandt werden sollten.
Die Implementierung eines speziell für Leberzirrhose-Patient/innen angepassten Screening- oder Assessmentinstruments ist unabdingbar, um in der pflegerischen Praxis eine Mangelernährung zu identifizieren. Dadurch wird gewährleistet, dass mehr Menschen mit einem Ernährungsrisiko erkannt und schneller dem entgegenwirkende Maßnahmen eingeleitet werden. Letztlich kann dadurch das Outcome der Leberzirrhose-Patient/innen verbessert werden.
The central theme of this thesis revolves around the impacts of historic charcoal burning on todays soils and soil landscapes in Connecticut, USA. The first chapter gives an overview of the state-of-research regarding the spatial distribution, morphology and chemical- as well as physical soil composition of so called relict charcoal hearth (RCH) landforms. RCHs can be described as unique soil microhabitats in the context of flora and fauna growth. The central research aim of the thesis is led by the question: How and to what extend does the historical charcoal industry control the distribution, development and properties of present day soils in Connecticut, USA? This thesis presents results from two field-campaigns in 2017 and 2018 where 52 RCH sites were surveyed and sampled in Litchfield County, Connecticut. The resulting dataset comprises of more than 1245 soil samples from 154 soil profiles and detailed stratigraphic and morphometrical information for all RCH sites. RCH landforms result in three distinct soils: charcoal rich horizons (Auh horizons), mineral soil horizons dividing multiple Auh horizons horizontally (Cu horizons) and buried former topsoil’s (Ahb horizons) or buried mineral soil horizons (Bwb horizons). Sites on flat terrain (< 4° slope) have mostly one Auh horizon, while sites on steeper terrain (> 4° slope) have mostly two, sometimes up to three Auh horizons. The total volume of sites on slopes is positively correlated to the local slope, i.e. it increases with larger steepness of the terrain. Compared to reference soils, RCH soils are enriched in total soil organic carbon and especially in pyrogenic carbon. Vertical gradients of organic carbon concentrations in Auh and Cu horizons suggest an enrichment of non-pyrogenic organic matter in the topsoil and a vertical translocation of highly aromatic carbon compounds into intermediate and buried soil horizons. Furthermore, Auh horizons have a lower bulk density, a higher crystallinity ratio (Fed/Fet) of pedogenic iron oxides and are enriched in exchangeable elements (Ca2+, Mg2+, Mn2+) as well as oxalate extractable manganese-oxides compared to reference soils. A deep-learning based automated mapping workflow called ARCHMAGE (Automated Relict Charcoal Hearth Mapping and Geospatial Exploration) was created to gain a continuous, state wide database of RCH sites locations and other relevant geospatial information. This database, in combination with calculation of site specifics RCH volumes and soil carbon stocks, showed that in regions with high RCH site densities, significant additions to local soil organic and especially pyrogenic carbon stocks are present. This effect is scale dependent, with a larger effect size on county scale and below (≤ 1:650,000).
Die ökonomisch ausgerichteten Organisationsstrukturen und herausfordernden Arbeitsbedingungen im Krankenhaus prägen bereits seit mehreren Jahren den gesellschaftlichen und wissenschaftlichen Diskurs. Rund 61% des Pflegepersonals in der klinischen Versorgung leiden unter den sich immer weiter verstärkenden berufsbedingten psychischen Belastungen. Das hat enorme Auswirkungen auf die mentale Gesundheit der Pflegenden und führt zu überdurchschnittlich hohen krankheitsbedingten Arbeitsausfällen oder Fluktuationen. Aus diesem Grund stellen Maßnahmen zur Prävention von psychischen Belastungen eine wesentliche Komponente zur Steigerung der Arbeitszufriedenheit und Reduktion des Pflegenotstands dar. Die vorliegende Literaturübersicht soll einen Überblick über bestehende Präventionsmaßnahmen zur Reduktion und Bewältigung von psychischen Belastungen und deren belastungsassoziierten Auswirkungen bei professionell Pflegenden im Krankenhaus geben. Im Juni 2023 wurde eine systematische Literaturrecherche in den Datenbanken PubMed und PubPsych durchgeführt. Dabei wurden ausschließlich randomisierte kontrollierte Studien, welche im Zeitraum von 2020 bis 2023 veröffentlicht wurden und sich lediglich auf Interventionen für Pflegefachkräfte im klinischen Setting beziehen, eingeschlossen. Insgesamt konnten zehn relevante Forschungsarbeiten identifiziert und mithilfe der CASP-Checkliste bewertet werden. Basierend auf den Ergebnissen der inkludierten Studien ergaben sich sieben Kategorien präventiver Maßnahmen zur Minderung und Bewältigung von psychischen Belastungen bei Pflegefachkräften im Krankenhaus. Dabei handelt es sich um Maßnahmen der Verhaltensprävention, wie unter anderem Strategien zur Förderung von proaktiven Verhaltensweisen, des Zeit- und Stressmanagements oder der Resilienz. Alle Studien zielten auf die Verbesserung der mentalen Gesundheit und Reduktion des Belastungserlebens beim Pflegepersonal ab, wobei allerdings nur einige wenige Studien statistisch signifikante Effekte nachweisen konnten. Auffällig ist hierbei zudem, dass sich keine der Forschungsarbeiten mit Möglichkeiten zur Verhältnisprävention befasste. Die Entwicklung und Implementierung präventiver Maßnahmen zur Belastungsreduktion in der klinischen Pflege ist optimierungsbedürftig. Eine Kombination verhaltens- und verhältnisbezogener Maßnahmen sowie eine Veränderung der organisatorischen und institutionellen Rahmenbedingungen ist zwingend erforderlich. Eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen ist unabdingbar, um die Effektivität verhaltensbezogener Maßnahmen zu gewährleisten und der Belastungssituation im Pflegeberuf präventiv begegnen zu können sowie das mentale Wohlbefinden der Beschäftigten nachhaltig zu fördern.
Mit der Zunahme von Häufigkeit und Intensität von Extremwetterereignissen werden die Folgen des Klimawandels auf lokaler Ebene sicht- und spürbar. Kommunen sind aufgefordert, Vorsorge zu betreiben und mit Anpassungsmaßnahmen den Folgen des Klimawandels zu begegnen. Von besonderer Bedeutung sind Anpassungsmaßnahmen dort, wo Schadenspotenzial und -risiko besonders hoch sind, so auch in historischen Altstädten. Gleichzeitig erfordert dieser Stadttypus besondere Sensibilität im Umgang mit der wertvollen Bausubstanz und einem oft einzigartigen Stadtbild. Einen konkreten Lösungsansatz im Umgang mit länger anhaltenden Trockenperioden auf der einen und Starkregenereignissen auf der anderen Seite bietet das Prinzip der Schwammstadt. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, zu untersuchen, welche Elemente des Schwammstadtprinzips in welcher Weise in der historischen Stadt sinnvoll, Stadttypus-gerecht und wirkungsvoll sind. Im Kontext von baukulturell wertvoller städtebaulicher Struktur und Bausubtanz lautet das Motto hinsichtlich baulicher Eingriffe: „So wenig wie möglich, so viel wie nötig.“ Gleichzeitig gilt, dass die Kleinstadt im Vergleich zur Großstadt zwar einen „geringeren Grad an Ausdifferenziertheit ihrer Subsysteme“ aufweist, sie aber – ebenfalls im Vergleich zur Großstadt – nicht als defizitär betrachtet werden sollten. Neben Fragen nach Herausforderungen und Potenzialen der historischen Kleinstadt in Bezug auf die Anpassung an Klimawandelfolgen wird vor allem auf Lösungsansätze fokussiert, die dabei helfen, Schwammstadtprinzipien und denkmalgerechte Entwicklung miteinander zu kombinieren. Untersuchungsgegenstand sind die Kleinstädte der beiden kommunalen Arbeitsgemeinschaften Städte mit historischen Stadtkernen des Landes Brandenburg und Historische Stadt- und Ortskerne im Land Nordrhein-Westfalen. In der ersten Phase des Projektes wurden Daten mittels einer Online-Umfrage erhoben, die daraus gewonnenen Erkenntnisse durch die Untersuchung von Referenzstädten und Expert:innen-Interviews ergänzt, teilweise korrigiert bzw. klargestellt. Anschließend wurden die Ergebnisse dokumentiert und wiederum über Veranstaltungen in die Kleinstädte transferiert. Neben den klassischen wissenschaftlichen Methoden war ein Dialog mit und zwischen den Kleinstädten und der Austausch mit den Expert:innen zentrales Element des Forschungsvorhabens. Zu den zentralen Erkenntnissen zählt, dass für die meisten Kleinstädte die Anpassung ihrer historischen Altstadt an die Folgen des Klimawandels noch ein sehr neues Feld der Stadtentwicklungspraxis ist und sie dabei an personelle und finanzielle Grenzen stoßen. Zudem weist die historische Stadt- und Gebäudestruktur verschiedene hemmende Faktoren für die Umsetzung der Klimaanpassungsmaßnahmen auf, die eine behutsame Prüfung der realisierbaren Maßnahmen und eine individuelle Umsetzungsstrategie notwendig machen. Gleichzeitig bietet die historische Kleinstadt eine Vielzahl an Potenzialen, die den klimaadaptiven Umbau begünstigen und zum Teil relativieren.
Additive technologies are now widely used for the production of complex precise parts and have high potential for the production of forming dies. In this work, hot-forming dies optimized for additive manufacturing were developed and produced with wire arc direct energy deposition (WA-DED) and laser powder bed fusion (L-PBF) technologies. The concept of lightweight hot-forming dies with a 2D-lattice structure was developed, which reduced the weight of each die by 56%, from 14.2 kg to 6.1 kg, in production using L-PBF. Maraging/precipitation-hardened steel 17-4PH was used as an alternative to traditional hot-working steels with slightly lower mechanical properties and a much higher processability in the additive manufacturing process. The workability of the manufactured dies was confirmed by forging tests on an industrial screw press.
The very soft and flow-permeable plumage is among the special adaptations of the owl that the silent flight is attributed to. Using a specially designed apparatus that provides a low-speed volume flow of air through a small sample of porous materials, measurements of the air flow permeability were performed in accordance to ISO 9053 on a total of 39 prepared wing specimen from six different bird species, including three species of silently flying owls and three non-silently flying bird species. The resulting data set described in the present paper contains the static airflow resistance measured at different positions on the wing.
A classic approach for solving differential equations with neural networks builds upon neural forms, which employ the differential equation with a discretisation of the solution domain. Making use of neural forms for time-dependent differential equations, one can apply the recently developed method of domain segmentation. That is, the domain may be split into several subdomains, on which the optimisation problem is solved. In classic adaptive numerical methods, the mesh as well as the domain may be refined or decomposed, in order to improve the accuracy. Also, the degree of approximation accuracy may be adapted. Therefore, it is desirable to transfer such important and successful strategies to the field of neural-network-based solutions. In the presented work, we propose a novel adaptive neural approach to meet this aim for solving time-dependent problems. To this end, each subdomain is reduced in size until the optimisation is resolved up to a predefined training accuracy. In addition, while the neural networks employed are by default small, we propose a means to adjust also the number of neurons in an adaptive way. We introduce conditions to automatically confirm the solution reliability and optimise computational parameters whenever it is necessary. Results are provided for several initial-value problems that illustrate important computational properties of the method.
The Accra Metropolis of Ghana has experienced rapid urban expansion over the past decades. Agricultural and forest-lands have been transformed into urban/built-up areas. This study analysed urban expansion and its relationship with the temperature of Accra from 1986 to 2022. Multi-source datasets such as remote sensing (RS) and other ancillary data were utilised. Land use land cover (LULC) maps were produced employing the random forests classifier. Land surface temperature (LST) and selected d(RS) Indices were extracted. Regression techniques assessed the interplay between LST and remote sensing indices. The LULC maps revealed increasing trends in the urban/built-up areas at the expense of the other LULC types. The analysis from the LST and the RS indices revealed a direct relationship between temperature and urban/built-up areas and an inverse relationship between temperature and vegetation. Thus, spatial urban expansion has modified the urban temperature of Accra. The integrated utilisation of RS and GIS demonstrated to be an efficient approach for analysing and monitoring urban expansion and its relationship with temperature.
The permanent magnet synchronous motor (PMSM) can be a suitable candidate for electrified propulsion in aviation. Despite the very high efficiency, heat dissipation during operation leads to performance limitations. Elevated temperatures in the electrical insulations and the magnets pose a potential safety risk that must be reduced by selective cooling. A comprehensive review is conducted to capture current research interests in cooling methods in PMSM. Cooling methods are described according to their heat transfer mechanism, grouped, and assigned to the components within the motor. Key findings of the literature reviewed are described in the context of PMSM cooling. Information on cooling media and potential combinations of cooling methods in components is gathered. Assessment parameters such as safety, weight, effectiveness, integrability, complexity and cost are defined to enable a subsequent qualitative analysis for six selected cooling methods. A point-weighted evaluation approach, according to VDI 2225, was applied to identify the most promising cooling approach for successful implementation in aviation.
The present study deals with the phenomenological observation of the corrosion of the positive electrode foil of lithium-ion batteries containing LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NMC) as cathode material. Due to the presence of moisture, localized water accumulation is formed on the NMC surface. The water absorbed by the electrolyte reacts with the NMC under Li+/H+ exchange and the resulting pH increase leads to dissolution of the carrier foil and characteristic salt-like blooms on the NMC surface. With the increase in the relative area occupied by the holes in the aluminum foil per time, a sufficiently suitable parameter was found with which to quantitatively determine the extent of corrosion. The degree of degradation depends on time and ambient humidity. It was shown that functional recycling with the water jet method is no longer applicable for degraded foils, since the mechanical stability of the foils decreases as corrosion progresses. Lithium, aluminum, sulfur and oxygen were detected in the blooms using SEM–EDX and Laser-Induced-Breakdown-Spectroscopy (LIBS). The underlying NMC layer was found to contain mainly aluminum and significantly lower lithium content than the non-degraded material. SEM and Raman microscopy analyses also showed that the active material is also locally degraded and therefore no longer suitable for functional recycling.
Possible synergy between FLEGT-VPA & REDD+ towards improving forest governance framework in Cameroon
(2023)
Illegal logging is seen as a serious impediment to achieving sustainable management of forests in the tropics. In addition, deforestation contributes in increasing carbon dioxide emissions in the atmosphere, resulting to biodiversity loss and climate change. Illegal logging and deforestation have affected Cameroon’s forest ecosystem negatively since the mid-1980s as a result of the economic crises, which intensified the exploitation of forest resources for multiple purposes. In response, some policy initiatives came up such as FLEGT-VPA and REDD+ to fight against the threats. It is due to the above background that this study was designed to examine the possible synergy between FLEGT-VPA and REDD+ towards improving the forest governance framework in Cameroon. The first part of the study assesses FLEGT-VPA in Cameroon with the application of interviews of key informants who were involved in the negotiation process of the EU-Cameroon Voluntary Partnership Agreement. The second part of the study assesses the management of Bimbia Bonadikombo Community Forest (BBCF), as one of the REDD+ pilot project sites around Mount Cameroon in the South West Region of Cameroon. The use of surveys, content analysis, and observations seeks to assess these two initiatives in their role in improving forest governance in Cameroon. The first part of the research reveals that since Cameroon ratified the FLEGT-VPA in 2011, there has been progressed concerning stakeholder participation in forest-related issues. Again, the study also reveals challenges faced with the setting up of a system to verify timber from legal origin as recommended by the European Union. The research further reveals a lack of commitment by the government in revising the current forest policies and re-organizing the domestic market for timber trade as part of the commitment made by the government during the ratification of the FLEGT-VPA. The second part of the study finds that the management of BBCF is not governed by the provision of the Cameroon community forestry manual or by its bylaws posing doubts if community forestry can halt emissions of greenhouse gases caused by deforestation, thus helping REDD+ achieve its objectives. The study recommends the need for rapid policy reform and a cross-sectoral transformation to enable FLEGT-VPA and REDD+ to synergize for a better policy outcome on issues concerning forestry and climate change.
The next generation of civil turbofan engines targets the by-pass ratios of up to 20:1, requiring an innovative fan design with a low fan pressure ratio, low specific thrust and a radically increased fan diameter. The aerodynamic stability of such a large slow rotating fan is very sensitive against the back-pressure variations in the by-pass duct, especially during the take-off operations. The back-pressure regulation can be achieved significantly through a Variable Area Fan Nozzle (VAFN). This work deals with the design development of VAFN concepts for ultra-high by-pass ratio engines which was researched in EU funded program ENOVAL and received funding under grant agreement number 604999.
A system engineering approach was implemented for the VAFN development by following the requirements in conceptual, preliminary and detailed design phases. The design domains in the rear nacelle and under the core fairing were selected for the concept generation. Several qualitative and quantitative trade studies were conducted to down-select the best-fit solution during each design phase. These included the kinematic simulations of various types of VAFN modulations; analytical calculations to understand the thermodynamics of the selected VAFN kinematics; aerodynamic performance predictions using CFD simulations on a large number of preliminary designs; 3D CFD simulations for detailed performance assessments including the design optimization of individual features and distortions due to failed modulations; and FEM calculations for the topology generation and optimization of structural components. The overall weighted effect was determined for each output parameter and the results were presented in percentile changes relative to that with a fixed nozzle reference geometry.
Two VAFN concepts were selected for the final detailed design phase, Flaps in rear nacelle domain and Variable Inner Fairing Structure (VIFS). Both concepts showed better outputs in terms of specific fuel consumption, noise emission and fan’s safety margin during the take-off, with an over-area exhaust position than those with a fixed nozzle operation. During the climb phase, with an under-area VAFN position, both concepts resulted in drawbacks due to higher aerodynamic losses relative to the fixed nozzle. During MCR, both the VAFN concepts with stowed positions caused losses mainly due to leakages and higher structural weights relative to the fixed nozzle configuration. For each VAFN concept, a detailed system definition was developed and the function trees for each operation were explained. A discrete modulation type with two positions was described and recommended for both concepts. This included an over-area deployed position for the take-off phase and a stowed position for the rest of the flight, based on the beneficial performance of the VAFN concepts over the fixed clean nozzle configuration.
The creation of adequate simulation models for complex assemblies is an extensive process that requires a lot of experience, and on the other hand involves a multitude of manual, tedious tasks. These are significant obstacles for improving the process performance and capabilities. The objective of this research is to develop methods which digitally imitate the way of thoughts of the engineer in the design process towards a digital system understanding and which support the automation of the involved manual workflow.
This thesis presents a strategy to translate engineering reasoning and actions to an equivalent in the computer domain. A cardinal step is to gain understanding of system arrangements, boundary conditions and its components. Based on this evaluation, the identification of assembly parts is forming the foundation for optimized process chains for the transfer to the analysis environment. Model complexity relates to computational effort, which in turn affects model capabilities and manageability. To achieve a satisfactory compromise of model quality and complexity, this transfer process is strongly dependent on the visual analysis, reasoning and manual implementation of skilled engineers.
The principle of translating engineering logics is pursued from the assembly system to its smallest parts. Component segmentation methods allow subdividing regions of interest into substructures which are assigned with a feature vector. This vector comprises metrics describing the substructures with regard to specific aspects and is the key decision point for subsequent steps as idealization, suitable Finite-Element modeling and ultimately building an analysis model. The created system database is continuously maintained and supports these process chains as well as the final setup of the assembly simulation model.
An automated workflow like this implies advantages for efficiency, but also creates opportunities for further use cases. This workflow has been exploited for generating a training data set from the different simulation variants as a basis to a knowledge representation imitating engineering experience. An algorithm from the graph neural network field is applied to this data set as a conceptual approach. The intention pursued in this concept is to model the learning progress about estimating the influence of modelling decisions on simulation results and quality.
This research proposes a holistic strategy and describes methods to achieve the objectives of decreasing manual effort, introducing an automated and geometry-based process and digitally replicating engineering experience by introducing a knowledge database.
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.
In the summer term 2020 the Chair of Urban Management, BTU Cottbus-Senftenberg, conducted an excursion for Master students of planning and architecture to the region on both sides of the border between Romania and Serbia in a format of distance learning. Over three days the students and local experts of various professional backgrounds engaged online in discussion on urban development in Timișoara, Novi Sad and Belgrade. We explored how the dynamics of changing physical and social boundaries shape urban territories in a tension between centrality and periphery, while also engaging with the paradigm shift in planning centred on culture and people’s participation, as well as anticipations from flagship culture schemes to trigger positive urban changes. This publication provides summaries of some of the contributions, illuminating urban development as a complex process which involves a plurality of geopolitical shifts, engaged actors, interests, perspectives, hope-filled approaches and instruments.
This thesis deals with strategies for achieving high data throughput in wireless sensor networks that use a time division multiple access (TDMA) scheme to resolve medium access. The thesis uses a multi-sided approach that deals not only with the scheduling algorithm but also with the network layer and the interference model. The thesis proposes four solutions that significantly improve data throughput, fairness, and latency in the considered scenario.
The thesis starts with an overview of state-of-the-art medium access control (MAC) protocols, emphasizing TDMA. Based on this overview, it is concluded that not much space for improvement is left in the field of schedule calculation algorithms; many such algorithms are proposed up to date, and they can achieve schedule lengths close to the theoretical minimum. However, the research also reveals a lack of in-detail evaluation and comparison of these algorithms; this makes choosing the most suitable algorithm for a particular application hard and performance estimation inaccurate. Therefore, an extensive evaluation of state-of-the-art TDMA protocols using simulations and over 200 randomly generated networks was performed to tackle this issue. The results allow choosing an appropriate algorithm and estimating performance for each specific application.
Next, the problem of multiple packet transmissions during a single time slot is analyzed. State-of-the-art TDMA protocols assume that one packet can be transmitted in each slot and optimize the number of slots each node gets under this assumption. However, when nodes can transmit more than one packet, the performance of such a schedule is impaired. To solve this, the M-TreeMAC protocol is proposed; this protocol considers the actual number of packets transmitted in a time slot and optimizes the schedule accordingly. Furthermore, it is observed that the routing topology heavily impacts the schedule length created using this algorithm; an algorithm that optimizes the topology to result in the shortest schedule when M-TreeMAC is used is proposed, increasing benefits even further.
Finally, the accuracy of the 2-hop interference model, commonly used by state-of-the-art TDMA scheduling algorithms, is studied and simulated using a realistic radio model based on measurement results. The results show high packet loss ratios for packets traveling a large number of hops to reach the sink. The adaptive interference model is proposed to improve the 2-hop interference model. The proposed model can increase throughput significantly in networks with a height of ten or more hops.
In dieser Dissertation wurden Zuverlässigkeitsaspekte der NED-Aktoren betrachtet und ihre Langzeitstabilität untersucht. Die Langzeituntersuchungen an einzelnen NED-Aktoren haben gezeigt, dass insbesondere große elektrische Felder zur Verkürzung der Lebensdauer der Aktorik führen können. Elektrische Felder beschleunigen Oxidation der NED-Siliziumelektroden. Dabei wurden zwei unterschiedliche Oxidationsmechanismen beobachtet: die anodische Oxidation von Siliziumelektroden im Isolatorbereich und die feldemissionsunterstützte Oxidation. Die beiden Degradationsmechanismen begünstigen das Wachstum des Siliziumoxides an Siliziumelektroden und resultieren in der Veränderung der Oszillationseigenschaften der NED-Aktoren mit der Zeit. Weitere Untersuchungen an den NED-basierten Anwendungen – Mikrolautsprecher haben verdeutlicht, dass solche Faktoren wie Feuchtigkeit die Degradation am meisten forcieren. Durch Passivierung der Aktoren, wobei sie z. B. mit Aluminiumoxid im ALD-Verfahren verkapselt werden, können unerwünschte Degradationsmechanismen deutlich verlangsamt werden. Durch eine geeignete Materialwahl bei der Verkapselung kann sogar gleichzeitig die Effizienz der Aktoren verbessert werden.
Das Phänomen Hatespeech gewinnt zunehmend Aufmerksamkeit in der Öffentlichkeit und in der Forschung. Das ist insofern wichtig, weil Hass, Hetze und Diskriminierung gegenüber Menschen, die einer bestimmten Gruppe zugeordnet werden, vor allem über Informations- und Kommunikationstechnologien eine gesamtgesellschaftliche Verrohung zur Folge hat. Hatespeech schränkt die Meinungsvielfalt ein und bedeutet eine Bedrohung für die Demokratie. Sie stellt jedoch kein reines Netzphänomen dar, sondern basiert auf real existierende Macht- und Diskriminierungsstrukturen. Das Phänomen einzudämmen, ist die Intention verschiedener Stiftungen und Initiativen. Hatespeech ist jedoch allgegenwärtig und selbst in der Schule verbreitet. Sie stellt damit eine Gefahr insbesondere für junge Heranwachsende und weiterführend für das alltägliche Schulleben dar. Somit stellt sich die Frage, welche Mittel der Institution Schule zu Verfügung stehen, um dem Phänomen wirksam entgegenzutreten. Im Zuge von präventiven und interventiven Maßnahmen stehen schulbezogene Programme im Vordergrund. Die vorliegende Masterthesis befasst sich daher mit einer ersten Bestandsaufnahme von deutschsprachigen, schulbezogenen Programmen zur Prävention und Intervention bei Hatespeech unter Kindern und Jugendlichen (Jahrgangsstufen 5 bis 12). Insgesamt konnten 14 entsprechende Programme im Rahmen der Recherchearbeit identifiziert werden. Diese wurden auf ihre Inhalte und Durchführungsmodalitäten sowie anhand von fünf ausgewählten Qualitätskriterien analysiert und hinsichtlich ihrer Anwendung in der schulischen Praxis beschrieben und erörtert. Die Übersicht über Schwerpunkte, Stärken sowie Entwicklungspotentiale schulbezogener Hatespeech-Programme soll eine informierte Entscheidung über den Einsatz der Programme in der Schule und darüber hinaus in der offenen Kinder- und Jugendarbeit ermöglichen.
Die Stadt Cottbus ist seit mehreren Jahren durch extrem rechte und verschwörungsideologische Mobilisierung herausgefordert. Auch in der Covid-19-Pandemie ist Cottbus Schauplatz regelmäßiger Demonstrationen. Mit Beginn des russischen Angriffskriegs auf die Ukraine verschiebt sich der inhaltliche Fokus der sogenannten Montagsspaziergänger sukzessive weg von der Pandemie und hin zum Krieg. Die hier vorliegende Forschung wendet sich den Protestveranstaltungen zu, die im Zeitraum vom 28. Februar bis 24. Oktober 2022 in Cottbus in Reaktion auf den russischen Angriffskrieg organisiert werden und untersucht unter Anwendung der Grounded Theory ausgewählte Redebeiträge. Sie zielt darauf ab, die Inhalte und Darstellungsweisen der RednerInnen hinsichtlich der Gefahrenpotentiale einzuordnen und im Sinne anwendungsbezogener Forschung in Richtung Prävention und zivilgesellschaftlicher Gegenwehr weiterzudenken. Die Forschung zeigt: Ähnlich wie in anderen ostdeutschen Städten sind auch in Cottbus die Veranstaltungen von extrem rechten Akteuren und Gruppen dominiert; sie werden unterstützt von Teilen eines bürgerlichen Milieus der sogenannten gesellschaftlichen Mitte. Sichtbar wird außerdem: Akteure aus dem Coronaprotestmilieu haben sich weiter radikalisiert; verschwörungs- und insbesondere reichsbürgerideologische Inhalte dominieren die untersuchten Veranstaltungen und mischen sich mit prorussischen Positionen und dem Ideologem einer „eurasischen“ Neuordnung des europäisch-asiatischen Raums. Die Ablehnung „des Westens“ bildet ein wiederkehrendes Metanarrativ.
Background: Food sustainability is becoming increasingly important for the achievement of sustainable development goals, especially in light of recent global challenges of climate change, geopolitical conflict and the increasing vulnerability of food systems. The world is emphasising the importance of holistic approaches to agriculture and food systems to tackle these challenges. Germany’s Sustainable Development Strategy for 2030 associates SDGs 2, 3 12 and 15 with sustainable agriculture and food systems as crucial elements to achieve these goals. However, with the lack of knowledge in this area, and the scarcity of tools to monitor and assess food sustainability, it has become crucial to investigate potential holistic approaches and frameworks to assess the sustainability of food systems.
Purpose: This study uses the national framework of Sustainable Development Goals (SDGs), as the only available valid holistic framework, to explore the sustainability of the bread system in Germany. It operationalises the SDGs to bakery level to identify significant indicators that could, potentially, be used to assess the sustainability of artisan bakeries, and identify to which SDGs the bakeries contribute.
Methods: This study utilises a mixed-methods research design to address the multi-disciplinary nature of the food sustainability concept. It critically evaluates the SDG framework and identifies a set of indicators, which are expanded with further indicators to address the cultural dimension of bread as a cultural heritage. To collect data, a 26-item questionnaire was issued to 586 artisan bakeries with a response rate of 8.8% (n = 52); the 52 bakeries own 562 branches. This was followed by interviews with an acceptance rate of 19% (n = 10). Descriptive and inferential statistics were used to analyse the quantitative data, while the interviews were transcribed from German to English and coded using NVivo 11.
Results: Sustainable bread is redefined from a holistic perspective encompassing theory, policies and artisan bakeries. The results confirm that bakeries positively contribute to bread sustainability in Germany, as well as towards achieving the national SDGs. Progress areas include energy efficiency, sustainable packaging, local procurement, heritage promotion, waste reduction and ecolabels. Interestingly, individual bakeries appear to be slightly more sustainable than chains due to their flexibility in adapting to new practices and their use of organic products; however, chain bakeries are slightly less sustainable, but are proven to be more efficient in terms of productivity and market reach.
People in a social network are connected, and their homogeneity is reflected by the similarity of their attributes. For effective clustering, the similarities among people within a cluster must be much higher than the similarities between different clusters. Traditional clustering algorithms like hierarchical (agglomerative) or k-medoids take distances between objects as input and find clusters of objects. The distance functions used should comply with the triangle inequality (TI) property, but sometimes this property may be violated, thus negatively impacting the quality of the generated clusters.
However, in social networks, meaningful clusters can be found even though TI violates. One possibility is a quantum-logic-based clique-guided non-TI clustering approach. The commuting quantum query language (CQQL) is the base for this approach. The CQQL allows the formulation of queries that incorporate both Boolean and similarity conditions. It calculates the similarity value between two objects.
Furthermore, attributes may not have equal impact on similarity and affect the resulting clusters. CQQL incorporates weights to express the varying importance of sub-conditions in a query while preserving consistency with Boolean algebra. This enables personalization of results through relevance feedback (RF).
The main challenge of comparing clusterings is that there is no ground truth data. In such situations, human-generated gold standard clustering can be used. The question is how to compare the performance of clusterings. A noteworthy technique involves counting the pairs of objects that are grouped identically in both clusterings. By doing so, a clustering distance is calculated that measures the dissimilarity.
To validate the non-TI clustering approach, experiments are conducted on social networks of different sizes. Three central questions are addressed by the experiments mentioned: first, is it possible to find meaningful clusters even though TI violates; second, how does a user interact with the system to provide feedback based on their needs; and third, how fast do the detected clusters based on the proposed approach converge to the ideal solution?
To sum up, the experiments’ objective is to demonstrate the validity of a theoretical approach. The research findings presented here provide sufficient evidence for detecting meaningful clusters based on user interaction. Furthermore, the experiments clearly demonstrate that the non-TI clustering approach can be used as an RF technique in clustering.
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.
In the time of increased awareness about the environment problems by the public opinion and also intensive international efforts to reduce emissions of greenhouse gases, as well increase of the generation of electrical energy to facilitate industrial growth, the conference offers broad contribution towards achieving the goals of diversification and sustainable development.
Focus of the student conference is to promote the discussion of views from scientists and students from Wroclaw University of Technology, Technical University of Ostrava and Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg.
The conference is a unique teaching session motivating the students to write science related papers, prepare presentations and discus future developments. It is a formal part of the curriculum offered as an elective module, accompanied by a technical excursion.
1. Erste Änderungssatzung zur Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Bauingenieurwesen (B. Sc.) vom 21. September 2023
2. Lesefassung: Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Bauingenieurwesen (B. Sc.) vom 04. Oktober 2022 i. d. F. der ersten Änderungs-satzung zur Prüfungs- und Studienordnung für den Bachelor-Studiengang Bauingenieurwesen (B. Sc.) vom 21. September 2023
1. Erste Änderungssatzung zur fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Architektur vom 21. September 2023
2. Lesefassung: Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Architektur (M. Sc.) vom 29. September 2022 i. d. F. der ersten Änderungssatzung zur Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Architektur (M. Sc.) vom 21. September 2023
Im Zeitraum von März bis Juni 2023 wurde vom Lehrstuhl für Produktionswirtschaft der BTU Cottbus-Senftenberg die Studie mit dem Titel „Die Produktionssteuerung im digitalen Zeitalter“ als Online-Umfrage durchgeführt. 125 Personen mit operativen, planerischen und strategischen Funktionen in der Produktion oder des produktionsnahen Umfeldes beantworteten den Fragebogen. Die Studie zeigt, dass bei vielen Praktikern ein sehr klares Bild vorherrscht, was die Produktionssteuerung der Zukunft leisten muss. Die Erweiterung der Produktionssteuerung um Künstliche Intelligenz wird in sehr starkem Maße als sinnvoll erachtet, um die Effizienz am Shop-Floor bei hoher Komplexität der Leistungsprozesse auch in Zukunft aufrechtzuerhalten. Die ausgewerteten Daten zeigen, dass die aktuellen Systeme der Produktionssteuerung die Nutzer nicht in dem Ausmaß unterstützen, wie es erwartet wird. Die Nutzer sind gefordert, ihr Wissen und ihre Kompetenzen einzusetzen, um funktionale Defizite der Anwendungen zu kompensieren. Die Kooperation von Menschen und KI in der Produktionssteuerung wird als sinnvoll angesehen. Dabei wird eine Kombination aus menschlicher Arbeit und KI-Unterstützung bevorzugt, während eine vollautonome KI seltener favorisiert wird. Die Studienergebnisse zeigen eine wachsende Zustimmung und Offenheit für den Einsatz von KI als Werkzeug in der Produktionssteuerung, jedoch unter menschlicher Aufsicht und Beteiligung. Die Herausforderungen der Integration von Künstlicher Intelligenz in die Mensch-Maschine-Interaktion umfassen technische und soziale Aspekte. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, sind geeignete Lösungsansätze notwendig, wie die Entwicklung sicherer Schnittstellen, robuste Datenschutzmaßnahmen aber auch Nutzerakzeptanzförderung durch Aufklärung und Schulung. Innerhalb eines hybriden Rahmens, wo der Mensch mit der KI arbeitet, müssen klare Regeln für die Interaktion definiert werden. Die KI soll die menschliche Entscheidungsfindung interaktiv unterstützen, neue Perspektiven bieten und alternative Vorschläge unterbreiten. Insgesamt betonen die Ergebnisse der Umfrage die Bedeutung von Sicherheit, Transparenz, Kontrolle und die Validierung von KI-Entscheidungen durch menschliche Akteure. Es zeigt sich, dass die Kombination von Menschen und KI nicht nur technologische Vorteile bietet, sondern auch dazu beitragen kann, nachhaltig wirtschaftlichere Ergebnisse zu erzielen.
During open-cast lignite mining in Lusatia (NE Germany), iron sulfide minerals associated with lignite, are exposed to air and weather. The weathering products iron (Fe), sulfate and acids subsequently enter the fluvial-lacustrine system Spree and its tributaries.
The aim of this work was to identify and explain the evolving biogeochemical signatures (spatio-temporal patterns) in River Spree. These signatures are significantly influenced by biogeochemical turnover processes triggered by iron input. To identify the signatures, a regional field study was conducted from the inland delta Spreewald to the mouth. This study was followed by two laboratory experiments under controlled redox conditions to investigate the effect of Fe on the long-term binding of phosphorus and the degradation of particulate organic material in the iron-enriched sediments.
Characteristic elements introduced by lignite mining (iron, sulfur, aluminum, cobalt, nickel) and by urban areas (zinc, lead, copper, chromium) could be determined by means of a principal component analysis. Based on these findings, the impact range of the open-cast mining was determined to be at least ~ 90 km downstream of the Spreewald. Within the urban-influenced systems Fürstenwalde and Berlin, the urban signature is more dominant than the mining signature. By means of sequential extractions and XRD analyses of the sediments, iron binding forms and characteristic iron minerals have been additionally identified (e.g., Fe(III) oxyhydroxides, pyrite, vivianite).
Sediment analyses and column experiments have shown that iron increases the phosphorus sorption and decreases the phosphorus release in the sediments of three studied lakes of the fluvial-lacustrine system. However, the application of different phosphorus retention models for Lake Neuendorfer See showed that Fe cannot reduce the eutrophic state of the lakes along the river, since the water retention times are too short and the external phosphorus loads are too high. Additionally, lake sediments with different Fe contents have been incubated with particulate organic material. Higher Fe contents resulted in reduced emissions of the greenhouse gases CO₂ and CH₄, which can be attributed to a reduced degradation of organic matter by Fe. Possible reasons include sorption processes of (dissolved) organic matter onto Fe oxyhydroxides and toxic effects of iron on microorganisms. Nevertheless, Fe (and sulfate) are available as electron acceptors during the decomposition of organic matter in River Spree.
The findings of this work deepen the understanding of the impact of iron from mining on sulfur, phosphorus and carbon turnover processes in fluvial-lacustrine systems. As a consequence of the Fe input from the Lusatian area, the signature will persist for decades in River Spree.
Im Zeitraum von Februar bis Mai 2023 wurde am Lehrstuhl für Produktionswirtschaft die Studie zum Thema „Technologische Trends und Entwicklungen alternativer Energiesysteme“ durchgeführt. Die vorliegende explorative Studie basiert auf leitfadengestützten Interviews von 54 Experten und Expertinnen aus Forschungsinstituten, der Wirtschaft sowie Branchenverbänden. Die Auswertung der Interviews folgte dem Prinzip der strukturierenden Inhaltsanalyse.
Für die allgemeine Entwicklung der erneuerbaren Energien und um zukunftsweisende Technologien zu identifizieren, ist es notwendig ein energiewirtschaftliches Zieldreieck mit den Ausprägungen Rentabilität, Versorgungssicherheit und Nachhaltigkeit in Einklang zu bringen. Die Fachkundigen zeigen auf, dass die politische Triebkraft maßgeblich darüber entscheidet, welche Technologien in Zukunft dominieren werden. Zukünftig wird es verstärkt zum Zusammenspiel einzelner Energiequellen in regional diversifizierten Konzepten, sowie zur Elektrifizierung und Sektorenkopplung kommen. Speichertechnologien werden verstärkt entwickelt und installiert werden. Prosuming und Demand-Side Response werden von den befragten Fachkundigen zukünftig als bedeutend erachtet.
In Bezug auf die einzelnen Energiequellen werden Wasserstofftechnologien zukünftig ein erhebliches Ausbaupotenzial aufweisen. Wasserstoff ermöglicht einen Beitrag zur Dekarbonisierung diverser Sektoren und dient darüber hinaus als Speichermedium fluktuierender Energien. Zusätzlich erfolgt eine Progression im Bereich von Wind- und Solarenergie. Dabei gewinnen im Bereich Photovoltaik, Technologien wie Agri- und Floating-PV an verstärkt an Bedeutung. Die Windkraftnutzung wird durch den Bau höherer Türme und die Vergrößerung von Rotorblattdimensionen optimiert. Geothermie spielt in Zukunft eine vielversprechende Rolle bei der Dekarbonisierung des Niedertemperatursektors. Das Ausbaupotenzial von Biomasse ist aufgrund von Flächenkonkurrenz begrenzt, obwohl sich, analog zu Wasserstoff, vielfältige Nutzungsmöglichkeiten eröffnen.
Im Bereich der Energiesysteme und -komponenten eröffnen sich diverse materialspezifische so wie fertigungstechnische Verbesserungspotenziale. Einige Technologien sind dabei bereits ausgereift, aber Optimierungsbedürftig. Technologien wie Elektrolyseure oder Wärmepumpen hingegen, bedürfen der grundlegenden Weiterentwicklung, um einen effizienten Betrieb zu ermöglichen. Im Bereich der Solarenergie liegen Entwicklungsschwerpunkte in der Verbesserung kombinierter Solar- und Photovoltaikmodule sowie von Trägerstrukturen für Agri-PV und langlebigeren Konzepten für die Schwimmkörper bei Floating PV vor. Schließlich zeigt sich auch hinsichtlich der Speichertechnologien ein Entwicklungsbedarf, insbesondere in Bezug auf Wasserstoffdruck- und -flüssigspeicher, Batteriespeicher und Latentwärmespeicher. Diese Fortschritte werden entscheidend sein, um eine nachhaltige und effiziente Energiewirtschaft der Zukunft zu gewährleisten.
1. Erste Änderungssatzung zur Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Klimagerechtes Bauen und Betreiben (M. Sc.) vom 11. September 2023
2. Lesefassung: Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Klimagerechtes Bauen und Betreiben (M. Sc.) vom 01. März 2018 i. d. F. der ersten Änderungssatzung zur Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Klimagerechtes Bauen und Betreiben (M. Sc.) vom 11. September 2023
In this work, a reliable kinetic reaction mechanism was revised to accurately reproduce the detailed reaction paths of steam reforming of methane over a Ni/Al2O3 catalyst. A steadystate fixed-bed reactor experiment and a 1D reactor catalyst model were utilized for this task. The distinctive feature of this experiment is the possibility to measure the axially resolved temperature profile of the catalyst bed, which makes the reaction kinetics inside the reactor visible. This allows for understanding the actual influence of the reaction kinetics on the system; while pure gas concentration measurements at the catalytic reactor outlet show near-equilibrium conditions, the inhere presented temperature profile shows that it is insufficient to base a reaction mechanism development on close equilibrium data. The new experimental data allow for achieving much higher quality in the modeling efforts. Additionally, by carefully controlling the available active surface via dilution in the experiment, it was possible to slow down the catalyst conversion rate, which helped during the adjustment of the reaction kinetics. To assess the accuracy of the revised mechanism, a monolith experiment from the literature was simulated. The results show that the fitted reaction mechanism was able to accurately predict the experimental outcomes for various inlet mass flows, temperatures, and steam-to-carbon ratios.
Diskriminierungsphänomene, ihre Formen, Spezifika und Auftretenshäufigkeiten sind für die Pflegeausbildung in Deutschland bisher noch nicht untersucht worden. Lehrkräfte in der Pflegeausbildung werden jedoch vermehrt mit Diskriminierungsereignissen konfrontiert, in denen Lernende Abwertung, Ausgrenzung und Benachteiligung erfahren. Lehrkräften in den gesundheitsbildenden Berufen obliegt der Auftrag, ein professionelles, ethisch fundiertes Pflegeverständnis bei Lernenden in der Pflegeausbildung zu entwickeln. Der Respekt vor der Würde des Menschen, die mit einem Diskriminierungsverbot einhergeht, ist dabei die zentrale ethische Prämisse bei der Ausübung des Pflegeberufes. Die Rolle von Lehrenden und ihre Haltung im Umgang mit diskriminierenden Praktiken von Lernenden sind bisher empirisch nicht untersucht worden. Die Zielstellung dieser empirisch qualitativen Studie mit Hilfe der Methodologie der (Reflexiven) Grounded Theory (nach Breuer et al., 2018; Strauss & Corbin, 1996) bestand daher: Die Erfahrungen von Lehrenden mit Diskriminierungsereignissen, ihre Umgangsweisen und die damit verbundenen Haltungen und Wissensbestände zu untersuchen. Die empirischen Daten wurden durch elf problemzentrierte Interviews (Witzel, 2000) erfasst und unter Verwendung des Kodierparadigmas (Strauss & Corbin, 1996) zu einem erklärenden Modell zusammengeführt. Im Mittelpunkt der Theorie stehen Diskriminierungsphänomene, die häufig als Rassismus, Antisemitismus, Klassismus, Lookismus, Linguizismus und als Gleich- und Ungleichbehandlung auftreten. Sie sind dabei teilweise intersektional verschränkt. Im Modell werden diese Diskriminierungsverhältnisse und ihre Ausdrucksformen über ein Kontinuum von kristalliner, latenter und amorpher Diskriminierung beschrieben. Abwertungs- und Ausgrenzungsprozesse sowohl durch Lernende als auch Lehrende finden in einem Kontext statt, die Merkmale einer Lehr- und Lernsituation darstellen: Sozialformen des Unterrichts, Themenwahl, Zusammensetzung der Lerngruppe und leitende Unterrichtsprinzipien. Diskriminierungsereignisse stehen daher mit dem Unterricht in einem relevanten Zusammenhang. Der situative Kontext ist als Bezugsrahmen zu verstehen, in denen Lehrende ihre Handlungsmöglichkeiten anwenden. In diesen Situationen wird der Umgang der Lehrenden mit Diskriminierungsprozessen von individuellen und strukturell-institutionellen Bedingungen beeinflusst, die Handlungsmöglichkeiten eröffnen oder blockieren. Die Bewältigungsmodi waren hierbei abhängig von: den Wissensbeständen der Lehrenden, von den institutionellen Faktoren, ihrer Grundhaltung zu den Lernenden und ihrem berufsbiografischen Wissen.
Recent advances in additive manufacturing offer promising opportunities for the fabrication of structures on existing micro-(opto-acoustic )electro-mechanical systems, i.e., chips. This is of particular significance in research and development due to the adaptability and adaptation speed of additive manufacturing. These advantages provide the ability to individualize the fabrication of structures and to enable the rapid prototyping approach. The combination of additive manufacturing on chip already enables current research, especially in photonic and microfluidic fields. Despite this, additive manufacturing on chip has never been applied to acoustic sensors or micro-positioning chips. Such devices could benefit from the mentioned advantages, especially for the fabrication of beam shaping waveguides, packaging, grating and end effector structures. Additive manufacturing by two-photon polymerization lithography gathers interest in industry and research due to its capabilities for the fabrication of structures with minimum feature sizes beyond the diffraction limit. The objective of this work is the investigation of additive manufacturing on chip by two-photon polymerization lithography at the example of an acoustic sensor and a micro-positioning chip. One of the greatest challenges is posed by the optical, thermodynamic, adhesion and alignment effects, which are introduced to the fabrication process by these complex substrates. Optical and thermodynamic models were established, and simulations were performed, culminating in a compensation method to address these effects, which was verified by parameter studies. The substrate alignment was investigated via optical technique, resulting in the development, manufacturing and verification of a novel alignment upgrade to the fabrication system employed in this work. The influence of process materials posed another challenge, as they led to chip performance alterations and restrictions. Chips treated with these materials were characterized, e.g., using high frequency optical microphones. Owing to the high precision of the alignment upgrade and the compensation method developed in this work, additive manufacturing on chip using two-photon polymerization lithography on the investigated devices was reported for the first time and presented for expedient examples, e.g., waveguides, end effectors and gratings. The residue contamination was determined as the main origin of the exhibited performance issues. Development strategies were recommended for further research, to enable additive manufacturing on chip insensitive to residual materials. In this work, the requirements for additive manufacturing on chip were illustrated and the fundamental arrangement to enable the rapid prototyping approach as well as design individualization were demonstrated. The compensation methods developed in this work facilitate upcoming research on desirable chip types that form the basis for optical and microfluidic applications.
With the large-scale expansion of decentralized power generation from renewable energy resources (RES) and reduction of fossil fuel-based power generation, this leads to fundamental structural changes in the power supply system. The transition is characterized by a shift from central to decentral, from directional to bi-directional. As the share of renewable power systems in the electricity grid increases, the inherent uncertainty of renewable energies poses challenges to the grid system’s stability.
To achieve increased efficiency, decarbonisation, decentralization, and digitisation in energy sector, a flexible and resilient energy system is required. Electrical energy data and non-electrical energy data are generated from various sources, including the supervisory control and data acquisition system (SCADA), geographic information system (GIS), and weather information system. Based on these data, different spatial and temporal models of energy systems and their databases are created and connected. This thesis contributes to the analysis of regional power performance. To this end, an efficient simplified grid-oriented network cluster is presented to account for the regional allocation of RES power systems. The model clustering includes the grid topology, temporal and spatial resolution, and the structure of electrical and non-electrical data. This approach contributes to methodological aspects of energy system modelling and analysis.
In addition, based on the proposed cluster model, this thesis presents the physical profile-based and data-driven methods to estimate the regional large-scale photovoltaic (PV) and wind power generations. In order to adapt to the spatial-temporal heterogeneity of the regional renewable power generations and to improve the local power utilization rate, this thesis conducts empirical analyses of the regional energy storage and combined PV and wind power systems using cable pooling with shared grid connection.
In summary, this thesis presents a flexible modelling approach that takes into account the regional allocation of renewable power systems and enables a more accurate estimation of regional power generation. The proposed model and analytical methods can help the efficiency and resiliency of the energy system and support the transition towards renewable energies.
Bored children begin to draw, do crafts, to fidget - or they do something bad. Others fall silent, withdraw, or become lethargic. Research on school-related boredom has focused primarily on the negative consequences of boredom, such as decreased cognitive performance, motivation or attentativeness, or disruptiveness. These negative aspects of boredom can be contrasted by the notion that boredom can promote creative performance. This paper reflects on boredom's creative and suppressive consequences as an interplay of personality traits and behavioral possibilities in school situations, on the one hand, and as an interplay of situational experiences with constituent developmental processes on the other. It is proposed that boredom is a gauge of the learner's resonance with school content, learning and/or developmental relationships. Boredom indicates a psychological need and its desideratum. Thus, both creative and suppressive potentials are inherent in boredom.
Result-based payments (RBPs) reward land users for conservation outcomes and are a promising alternative to standard payments, which are targeted at specific land use measures. A major barrier to the implementation of RBPs, particularly for the conservation of mobile species, is the substantial monitoring cost. Passive acoustic monitoring may offer promising opportunities for low-cost monitoring as an alternative to human observation. We develop a costing framework for comparing human observation and passive acoustic monitoring and apply it to a hypothetical RBP scheme for farmland bird conservation. We consider three different monitoring scenarios: daytime monitoring for the whinchat and the ortolan bunting, nighttime monitoring for the gray partridge and the common quail, and day-and-night monitoring for all four species. We also examine the effect of changes in relevant parameters (such as participating area, travel distance and required monitoring time) on the cost comparison. Our results show that passive acoustic monitoring is still more expensive than human observation for daytime monitoring. In contrast, passive acoustic monitoring has a cost advantage for nighttime as well as day-and-nighttime monitoring in all considered scenarios.
As the issue of pollutant emissions from aviation propulsion escalates, research into alternative powertrains is gaining momentum. Two promising technologies are the Hybrid Electric Propulsion System (HEPS) and Pressure Gain Combustion (PGC). HEPS is expected to reduce pollutant emissions by decreasing fuel consumption, whereas PGC uses detonation in the combustor to increase the thermal efficiency of engines by elevating the total pressure during combustion. This study extensively explores the integration of these two emerging technologies, thoroughly assessing the advantages that arise from their combination. First, the renowned turboprop engine PW127 is benchmarked and modeled using Gasturb software. The model is integrated into Simulink using the T-MATS tool, with HEPS and pressure gain components added to analyze the thermodynamics of various configurations under different pressure gain values and HEPS parameters. The analysis, conducted up to the cruise phase of the baseline aircraft, reveals that applying pressure gain combustion through Rotating Detonation Combustion (RDC) results in a more significant increase in efficiency and decrease in fuel consumption compared to HEPS with conventional gas turbines. However, HEPS helps maintain a more uniform combustor inlet condition and reduces the Turbine Inlet Temperature (TIT) at the takeoff phase, where the highest TIT otherwise occurs. The results suggest that integrating HEPS with PGC can be beneficial in maintaining optimal combustor conditions and mitigating turbine efficiency degradation.
The role of AJB35136 and fdtA genes in biofilm formation by avian pathogenic Escherichia coli
(2023)
Background Infections caused by avian pathogenic Escherichia coli (APEC) result in significant economic losses in poultry industry. APEC strains are known to form biofilms in various conditions allowing them to thrive even under harsh and nutrient-deficient conditions on different surfaces, and this ability enables them to evade chemical and biological eradication methods. Despite knowing the whole genome sequences of various APEC isolates, little has been reported regarding their biofilm-associated genes. A random transposon mutant library of the wild-type APEC IMT 5155 comprising 1,300 mutants was analyzed for biofilm formation under nutrient deprived conditions using Videoscan technology coupled with fluorescence microscopy. Seven transposon mutants were found to have reproducibly and significantly altered biofilm formation and their mutated genes were identified by arbitrary PCR and DNA sequencing. The intact genes were acquired from the wild-type strain, cloned in pACYC177 plasmid and transformed into the respective altered biofilm forming transposon mutants, and the biofilm formation was checked in comparison to the wild type and mutant strains under the same conditions.
Results In this study, we report seven genes i.e., nhaA, fdeC, yjhB, lysU, ecpR, AJB35136 and fdtA of APEC with significant contribution to biofilm formation. Reintroduction of AJB35136 and fdtA, reversed the altered phenotype proving that a significant role being played by these two O-antigen related genes in APEC biofilm formation. Presence of these seven genes across nonpathogenic E. coli and APEC genomes was also analyzed showing that they are more prevalent in the latter.
1. Erste Änderungssatzung zur Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen (M. Eng.) mit fachhochschulischem Studienprofil vom 24. August 2023
2. Lesefassung: Fachspezifische Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen (M. Eng.) mit fachhochschulischem Studienprofil vom 22. Oktober 2018 i. d .F. der Ersten Änderungssatzung zur Fachspezifischen Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen (M. Eng.) mit fachhochschulischem Studienprofil vom 24. August 2023
Anwendbare Materialgesetze im Rahmen der phänomenologischen Kontinuumsmechanik sind durch die berücksichtigten Deformationsmechanismen geprägt und sind in der Regel für einen anzugebenden Gültigkeitsbereich einsatzfähig. Die verwendeten mathematischen Werkzeuge geben einen ausreichenden Anpassungsspielraum experimenteller Daten, beziehen jedoch die Physikalität des Materialgesetzes bedingt ein, da der thermodynamische Prozess der Deformation als näherungsweise isotherm behandelt wird. In dieser Arbeit wird der Deformationsvorgang unter mechanischer Last als vollständiger thermodynamischer Prozess verstanden, der eine Temperaturentwicklung im Werkstoff einbezieht und die kalorischen Zustandsgrößen auswertet. Die Konzepte der Kontinuumsthermomechanik werden in der Beschreibung für thermodynamisch konsistente Materialgesetze genutzt. Die zugehörigen, mikrostrukturell motivierten Entwicklungsgrößen beschreiben das nichtlineare Verhalten für eine große Bandbreite von Materialklassen und in komplexen Belastungspfaden. Um dies für die Ermittlung geeigneter Materialgesetze nutzbar zu machen wird die Infrarotthermografie für die Ermittlung der Oberflächentemperatur in den Messablauf integriert. Hauptaugenmerk liegt auf dem technisch relevanten Anwendungsbereich der kleinen Deformationsgradienten bei Raumtemperatur. Anhand charakteristischer Belastungspfade für metallische Konstruktionswerkstoffe wird gezeigt, dass die Dynamik der Deformationsmechanismen sich in der Spannungs-Dehnungs-Charakteristik, in der Temperaturentwicklung und bei den kalorischen Zustandsgrößen signifikant widerspiegeln. Dies trifft insbesondere auch dann zu, wenn die Versuchsanforderungen minimiert werden und die gemessenen Temperaturänderungen klein sind. Die Ergebnisse der Arbeit weisen mit der Erweiterung des veränderlichen Temperaturfeldes einen Zugewinn in der Physikalität der thermodynamisch konsistenten Materialgesetze nach.
Das Internet der Dinge (IoT) und drahtlose Sensor-Netzwerke (WSNs) sind grundlegende Konzepte für die Vernetzung der heutigen globalen Informationsgesellschaft, die auf kleinen drahtlosen Geräten basiert. Wenn die Funktionalitäten oder Daten dieser Geräte manipuliert werden, kann der potenzielle Schaden erheblich sein. Daher ist die Sicherung der Datenübertragung zwischen diesen Geräten mithilfe von Kryptografie entscheidend. Die Sicherheit kryptografischer Algorithmen hängt jedoch von der Geheimhaltung der kryptografischen Schlüssel ab, die aufgrund der physischen Zugänglichkeit anfällig sein können. Side-Channel-Angriffe können diese Anfälligkeit ausnutzen, indem sie physikalische Parameter nutzen, die mit dem Betrieb kryptografischer Chips verbunden sind, wie z. B. die elektromagnetische Strahlung während kryptografischer Operationen.Als Antwort auf diese Herausforderung wurde in dieser Arbeit das "Leakage Source Cartography Tool" (LSC-Tool) entwickelt, um die Analyse der elektromagnetischen Strahlung in den elliptischen Kurvenkryptografie-Designs des IHP zu beschleunigen. Das LSC-Tool ermöglicht die automatisierte Auswertung von Sätzen von elektromagnetischen Traces, die aus verschiedenen Messpositionen über einen kryptografischen Chip gewonnen wurden. Die Analyse führt zu einer "Leakage Source Map" (LS-Map), die den Erfolg von elektromagnetischen Analyseangriffen an jeder Messposition darstellt. Dieses Tool bietet eine kostengünstige und schnelle Möglichkeit, die Widerstandsfähigkeit kryptografischer Designs gegen Angriffe zu bewerten, und bietet Designern Einblicke in die anfälligsten Bereiche des Chips sowie Informationen über den Leakage pro Taktzyklus.Durch den Einsatz des LSC-Tools wurde der Widerstand von zwei IHP ECC-Designs gegen horizontale differentielle elektromagnetische Analyseangriffe an 25 Messpositionen getestet. Die statistische Analyse von Traces kann mit drei Methoden durchgeführt werden: der Methode der kleinsten Quadrate, dem Difference-of-means-Test oder der Difference-of-the-mean-Methode. Die generierten LS-Maps zeigen, dass die Verwendung unterschiedlicher Methoden unterschiedliche Anzeichen für Leakagestellen liefert. Die Kombination dieser Karten erhöht die Erfolgsrate des Angriffs. Beachtenswert ist, dass im Laufe dieser Forschung klar wurde, dass das LSC-Tool angepasst werden kann, um LS-Maps für die funktionellen Blöcke von ECC-Designs zu erstellen und so die Analyse simulierter Power-Traces für das IHP ECC-Designs zu ermöglichen.
Die vorliegende Publikation präsentiert Ergebnisse von 55 Studierenden des Bachelorstudiengangs Städtebau und Stadtplanung aus dem Modul „Stadtmanagement 1, Vermittlung von Planung, Wohnungswirtschaft (SPB3)“, das im Wintersemester 2022/2023 am Fachgebiet Stadtmanagement der BTU Cottbus-Senftenberg stattgefunden hat.
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.
Titanium nitride (TiN) is a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) compatible material with large potential for the fabrication of plasmonic structures suited for device integration. However, the comparatively large optical losses can be detrimental for application. This work reports a CMOS compatible TiN nanohole array (NHA) on top of a multilayer stack for potential use in integrated refractive index sensing with high sensitivities at wavelengths between 800 and 1500 nm. The stack, consisting of the TiN NHA on a silicon dioxide (SiO2) layer with Si as substrate (TiN NHA/SiO2/Si), is prepared using an industrial CMOS compatible process. The TiN NHA/SiO2/Si shows Fano resonances in reflectance spectra under oblique excitation, which are well reproduced by simulation using both finite difference time domain (FDTD) and rigorous coupled-wave analysis (RCWA) methods. The sensitivities derived from spectroscopic characterizations increase with the increasing incident angle and match well with the simulated sensitivities. Our systematic simulation-based investigation of the sensitivity of the TiN NHA/SiO2/Si stack under varied conditions reveals that very large sensitivities up to 2305 nm per refractive index unit (nm RIU−1) are predicted when the refractive index of superstrate is similar to that of the SiO2 layer. We analyze in detail how the interplay between plasmonic and photonic resonances such as surface plasmon polaritons (SPPs), localized surface plasmon resonances (LSPRs), Rayleigh Anomalies (RAs), and photonic microcavity modes (Fabry-Pérot resonances) contributes to this result. This work not only reveals the tunability of TiN nanostructures for plasmonic applications but also paves the way to explore efficient devices for sensing in broad conditions.
Aufbauend auf den Erkenntnissen wurden 15 Thesen herausgearbeitet, die potenzielle Impulse darstellen, um den sozialen Zusammenhalt anzuregen beziehungsweise zu stärken. Der soziale Zusammenhalt kann beispielsweise gestärkt werden, indem Cittaslow das Bewusstsein dafür schafft, das Thema immer wieder im politischen Alltag thematisiert wird und eine Grundhaltung bei allen beteiligten Akteur:innen dafür erzeugt wird. Zudem vermittelt Cittaslow gemeinsame Werte wie Integration, Identifikation und Entschleunigung, die den sozialen Zusammenhalt anregen können. Darüber hinaus kann Cittaslow mithilfe der grundlegenden Struktur den sozialen Zusammenhalt anregen: durch den Austausch im Netzwerk und der Präsenz von sozialem Zusammenhalt im Kriterienkatalog sowie in der Positionierung von Cittaslow und durch Aktionen in der Stadt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Cittaslow als Impulsgeber:in agieren und sozialen Zusammenhalt anregen kann. Notwendig dafür ist jedoch ein starkes Engagement der Stadt sowie der jeweiligen Akteur:innen, insbesondere der Bürgermeister:innen.
Eisenhüttenstadt war als Planstadt ein Teil des politischen Projektes der DDR und unterlief mit den Wechseln in der Systemführung verschiedene Phasen der Begünstigung in der Stadtentwicklung. Im Zuge der Wiedervereinigung erfuhr die Stadtbevölkerung einen Verlust des zuvor gültigen Normen- und Wertesystems durch den Wegbruch des Eisenhüttenkombinats Ost (EKO) als Hauptarbeitgeber sowie als sozialer und kultureller Bezugspunkt. Seitdem ist die Stadtentwicklung von Abwanderungsprozessen geprägt, die in Teilen der Stadtbevölkerung maßgeblich zu der Entwicklung von ausgeprägten Ressentiments gegenüber den Werten und Normen der wiedervereinigten Bundesrepublik beigetragen haben. Ein in diesem Kontext angestoßener Leitbildentwicklungsprozess versucht Konflikt- und Innovationspotenziale der Stadtentwicklung zu erkennen und in Richtung einer langfristigen Zukunftsperspektive neu zu gestalten. Die Diskurse und Methoden dieser Leitbildentwicklung werden in dieser Arbeit anhand einer Narrationsanalyse untersucht. Ein besonderer Fokus wird dabei auf die Rolle der Jugendlichen als abwandernde Bevölkerungsschicht gelegt. Die Erstellung eines Leitbildes für die Stadt wird als Prozess verstanden, der darauf abzielt, neue Narrationen über die Stadtentwicklung in der Bevölkerung zu etablieren. Narrativisierungen verschiedener Deutungen über die Stadt werden dazu in die Prozessgestaltung der Leitbildfindung integriert. Anhand der ablehnenden Haltung der Stadtbevölkerung gegenüber dem Leitbild werden Prozessgestalt und Innovationskraft der Leitbildentwicklung kritisch hinterfragt sowie die Grenzen und Möglichkeiten von Leitbildentwicklungsprozessen aufgezeigt.
Christoph Dientzenhofer (1655–1722) is considered one of the most important Baroque master builders of Central Europe. From his extensive architectural oeuvre, a group of six church buildings with geometrically complex forms stands out, recognised by architectural historians as particularly innovative and influential. These churches, located in Bohemia (Czech Republic), and often collectively referred to as the ‘radical’, ‘dynamic’, ‘Guarinesque’, or simply ‘Bohemian’ group, are: St. Joseph in Obořiště (1702–11), the Castle Church in Smiřice (1702–11), St. Nicholas in the Lesser Town of Prague (1703–11), St. Clare in Cheb (1707–11), St. Margaret in Břevnov (1708–16), and the Church of the Holy Assumption in Nová Paka (1709–24). The brick vaults of these six buildings, sequences of oval domes and double-curved vault areas, are of particular interest for building research. In this study, the geometric design of the vaults of Dientzenhofer’s ‘radical’ churches is documented, analysed, and compared using 3D laser scans of the buildings as primary source. The 3D models generated from the scans enable a geometric analysis through the method of reverse geometric engineering, breaking down the vaults’ complex three-dimensional forms into their basic two-dimensional components: segments of circles with different radii and orientations, curved in one or two directions. These forms can be found in the architectural and stereotomic treatises that were widespread at the time. By comparing the vault geometry of the six churches with each other and with the geometric concepts discussed in the treatises, general statements can be made about the architect’s design choices. On the basis of this investigation, hypotheses are made about the design and underlying geometric ideas of the vaults of Dientzenhofer’s ‘radical group’, and the results are placed in context.
Der vorliegende Review Artikel thematisiert die Rückführung von abgelagerten Ressourcen aus Deponien und es werden verschiedene Deponieklassen in Anlehnung an die deutsche Deponieverordnung erläutert. Deutschland dient als positives Beispiel für die Errichtung sicherer Deponien, welche je nach Ablagerungsmaterial in unterschiedliche Deponieklassen unterteilt werden. Trotz der fortschrittlichen Ablagerung im internationalen Vergleich ist der Unterhalt einer solchen Deponie als nicht nachhaltig einzustufen. Die Rückgewinnung von Ressourcen ist eine Möglichkeit, die Nachhaltigkeit zu erhöhen. Allerdings ist es umständlich, Deponien zurückzubauen und den Abfall zu sortieren sowie aufzubereiten. Durch verschiedene Aufbereitungsverfahren kann zwischen unterschiedlichen Abfallarten differenziert und so der Output an die gegebene Situation angepasst werden. Unter den verschiedenen Wertstofffraktionen versprechen insbesondere Metalle einen großen Erlös beim Weiterverkauf. Bei Nichtmetallen steht die energetische Nutzung im Vordergrund. Neben den betraglichen Erlösen sind Opportunitätskosten von großer Bedeutung. Neben vermiedenen Kosten für die Instandhaltung werden auch sozialen und ökologischen Folgen reduziert. So können Landflächen zurückgewonnen werden, die als Baugrund genutzt werden können. Die effektive Verwertung von Abfall führt zu einer Reduktion, wodurch die ökologischen Folgen von zu viel Abfall eingegrenzt werden. Deponiebergbau findet schon in vielen Regionen der Welt seine Anwendung. In Anbetracht der Tatsache, dass die Ressourcenknappheit und der steigende Bedarf eine Einschränkung im Konsum hervorrufen können, wird die weitere Erforschung und die technische Umsetzung des Deponiebergbaus zunehmend wichtig.
1. Memristor-Symposium 2023
(2023)
The 1.Memristor-Symposium was held from 27-28.02.2023 in Bamberg. Young scientists and PhD students presented their research and covered several topics regarding ongoing memristive research in Germany. Several talks on the topic of memristive devices, their testing, modeling and usage were presented and discussed, covering the whole vertical integration from material and divice up to application level.
To increase our understanding of bacterial intestinal colonization in animal populations lacking anthropogenic influence we devised the first objective and studied the diversity of E. coli in pristine wild animal population. Overall, E. coli in cormorants maintained a high diversity under minimal anthropogenic influences. E. coli were isolated from individual birds of two cormorant colonies located on small islands in lakes at least 100 km away from human settlements. Diversity of the isolates was studied using pulsed field gel electrophoresis (PFGE). 137 isolates of cormorant colony-1 and 75 isolates of cormorant colony-2 resulted in 60 and 33 PFGE types, respectively. Representative strains of each PFGE type were analysed in terms of phylogroups, extraintestinal virulence associated genes (exVAGs), adhesion to the chicken intestinal cell line and antimicrobials. Most isolates belonged to phylogroup B1 (68.3%) followed by B2 and E with B2 harbouring the highest total number of exVAGs per isolate. Surprisingly, a PFGE type with relatively few exVAGs displayed the highest isolation frequency, also showing a high adhesion rate. Comparative analysis of exVAGs to other E. coli populations of wildlife origin revealed that the secreted autotransporter toxin encoding sat gene was only present in cormorants.
The second objective was to characterize and identify factors contributing to the novel adhesion phenotype, known as Clumpy adhesion by the strain 4972 E. coli when incubated on human urinary bladder 5637 cell line. Transcriptome and proteome of adhered bacteria clustered together and diverged from bacteria in the supernatant. The clumpy structure was further explored in terms antibiotic stress where sessile structures could tolerate high antibiotic pressure of ampicillin up to 16 mg/ml and gentamicin up to 2 µg/ml. Data analysis unveiled differential expression of 623 genes between bacteria forming clumps and in supernatant. 148 genes were hypothetical and five hypothetical genes i.e., ffp, espX1, pilV, spnT and yggT along with four known genes i.e., dnaK, spy, flgH and fimH were targeted for deletion. Seven genes deletion mutants, three known (i.e., spy, flgH and fimH) and four hypothetical (ffp, pilV, spnT and yggT) genes were successfully generated and analysed for various parameters. ΔflgH showed loss of clumpy phenotype and adhesion ability up to 80% was regenerated by complementation. When antibiotic stress by ampicillin was applied after clump formation, Δffp depicted no effect of high concentration of ampicillin. In case of ΔpilV, adhesion significantly increased to 151% and upon complementation, adhesion was reduced to 53%. ΔspnT during ampicillin stressed adhesion fared almost 8.5 times better than the wild type strain. ΔyggT exhibited high adhesion of 145.5 % and upon reintroduction, adhesion decreased to 13%. Overall, we were able characterize a new phenotype and determined the role of genes contributing to clumpy adhesion phenotype.
In der Arbeit wird die Neue Direkte Spannungsregelung von dezentralen Erzeugungsanlagen in der PowerFactory Simulationsumgebung von der DIgSILENT GmbH implementiert und das Stabilitätsverhalten dieser Anlagen in Verteilernetzen untersucht. Die Herleitung der mathematischen Modelle erfolgt im Laplace-Bereich und gibt die Möglichkeit her, neben ihrem Einsatz in Netzberechnungssoftware, die Auslegung und Optimierung der Regelung des gesamten Netzmodells zu berechnen. Die Ableitung der Regelungsmodelle der Wind-, Solar und statischen Generator-Anlagen erfolgt dabei in der Raumzeigerdarstellung im dq-Koordinatensystem. Mit Hilfe der Raumzeigerrechnung können elektrische Größen in Drehstromverbrauchern schnell berechnet und anschaulich im stationären Zustand als Gleichgrößen dargestellt werden.
Der erste Teil der Arbeit behandelt die Auswahl der Netztopologie und Netzmodelle in der Power Factory Simulationsumgebung. Die ausgewählten Benchmark-Modelle sind synthetische 110-kV-Verteilernetze, die vorgelagerte Höchst- und nachgelagerte Mittelspannungsnetzmodelle beinhalten.
Im zweiten Teil wird die Neue Direkte Spannungsregelung der dezentralen Erzeugungsanlagen implementiert. Die Regler werden unter Verwendung geeigneter Auslegungsverfahren, wie dem Betragsoptimum, hinsichtlich des dynamischen Führungsverhaltens eingestellt.
Im dritten Teil wird ein worstcase betrachtet. Hier geht es um ein simuliertes Splitting-System Szenario. Ein großer Teil des Verteilernetzes trennt sich und bildet ein Inselnetzwerk. Das dabei entstehende Leistungsungleichgewicht, ein Sprung von ungefähr 5 bis 10 GW, soll durch die Spannungsregelung ausgeglichen werden.
Das Schweißen führt zu einer lokalen, ungleichmäßigen Erwärmung der Fügestelle. Die dadurch hervorgerufenen lokalen plastischen Verformungen und metallurgischen Werkstoffveränderungen bewirken nach der Abkühlung bleibenden Verzug und Eigenspannungen. Diese beeinflussen die reibungslose Durchführung des Fertigungsprozesses und die Qualität der geschweißten Konstruktion und schließlich stellen letztlich deren Einsatz in Frage. Somit steht für die meisten Industrieanwendungen die gesicherte Minimierung bzw. Beherrschung des Schweißverzuges und der Schweißeigenspannungen, insbesondere bei großen Konstruktionen im Vordergrund.
Mittels der Vorkenntnis über den zu erwartenden Verzug und die Entwicklung der Eigenspannungen während und nach dem Schweißen können zum einen geeignete Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise Einspannszenarien, Vorverformungen oder Schweißreihenfolgen sowie eine gezielte Vor-, Zwischen- oder Nachwärmebehandlung zweckmäßig gewählt werden. Zum anderen ist es möglich, die darauffolgenden notwendigen Nachbehandlungen, wie z.B. das thermische Richten, schon in einem sehr frühen Stadium des Produktentwicklungsprozesses vorauszuplanen. Demzufolge besteht seitens der Forschung ein sehr großes Interesse an der Entwicklung verlässlicher Modelle und Methoden zur Schweißverzugs- und Eigenspannungsberechnung.
Die vorliegende Habilitationsschrift befasst sich mit den theoretischen Grundlagen und den simulationstechnischen Aspekten der Schweißverzug- und Eigenspannungsberechnung von großen komplexen Schweißkonstruktionen. Im Mittelpunkt stehen die analytisch-numerische Hybridmodelle. Diese bestehen aus einem analytischen Teil für die lokale thermomechanische Berechnung und einen numerischen Teil für die globale strukturmechanische Berechnung. Die beiden Teilaufgaben sind stark gekoppelt. Der Schwerpunkt liegt in der Weiteentwicklung und in den Umsatzmöglichkeiten des analytischen Ansatzes. Darüber hinaus wird die Anwendung der Hybriden Modellierung zur Berechnung von Verzug und Eigenspannungen in praxisrelevanten Schweißkonstruktionen an zahlreichen Beispielen demonstriert. Die Aspekte der Einbringung der Simulation in die Fertigungs- oder Produktkette werden ebenso thematisiert.
This doctoral research examines community participation in decision-making for Cultural Heritage Tourism (CHT) in Nizamuddin Basti and Shahjahanabad, historical sites in New Delhi, India. It includes three papers addressing community participation barriers, resident motivation, and collective action dilemmas using the Institutional Analysis and Development-Network of Adjacent Action Situations (IAD-NAAS) framework.
The study identifies four main barriers: institutional constraints, limited awareness, capacity issues, and cultural norms inhibiting residents' involvement in CHT decision-making. Despite these obstacles, the community's deep attachment to the area's heritage, appreciation of tangible and intangible heritage, and recognition of communal benefits motivate participation.
Using the IAD-NAAS framework, the research unravels collective action dilemmas, emphasizing how individual actions in one context can impact actions in adjacent contexts. Key action situations are monument conservation, local community livelihood development, tourism development, and community decision-making participation.
Through in-depth interviews, the study garners a rich understanding of barriers and motivations for community participation. It highlights the role of community involvement in creating inclusive, diverse heritage narratives, challenging the conventional discourses dominating heritage narratives. Thus, fostering a democratic and inclusive approach to heritage.
Intermittent rivers and ephemeral streams (IRES) experience drying events, and they are becoming increasingly common due to climate change and anthropogenic water withdrawal. Despite their prevalence, IRES have been less studied than non-drying rivers, and more research is needed to understand their dynamics. This dissertation examines drying events' effects on the sediment microbial community structure and biogeochemistry in temperate IRES. First, a research study was carried out using an outdoor mesocosm setup to track changes in bacterial and fungal communities, microbial functions and properties of sediment-dissolved organic carbon during three different drying events. Results showed that drying duration and intensity and sediment organic matter content regulated river Spree sediment microbial community composition and biogeochemical processes during drying. The associated sediment respiration, assessed as CO2 flux, rapidly declined during all drying treatments, and Bacilli class became the most dominant bacteria after 90 days of drying, except in non-enriched sediment under the most intense drying. Second, a microcosm experiment was conducted to understand how sediment drying history and properties influence biogeochemical dynamics during an IRES expansion phase. Sediment respiration and nutrient release/retention rates were measured through flow resumption, and results showed that drying duration and intensity and sediment organic matter content regulated the dynamics of nutrients and respiration upon flow resumption. Under the most intense and prolonged drying, non-enriched sediment showed a lag response in respiration during the first day after flow resumption, while all other treatments had either a linear increase or a fast pulse in respiration. Finally, the long-term microbial succession in IRES sediment and soil in the experimental catchment of Chicken Creek was investigated. In 2008 and 2018, the sediment of three ephemeral streams and their adjacent soil was analyzed for the structure of the bacterial and fungal communities and microbial functions across different seasons. Results showed that environmental factors, such as vegetation type and organic matter content, mediated sediment and soil microbial succession in Chicken Creek. Ephemeral streams under spare and sporadic flow events remained unique ecosystems with distinctive microbial communities and biogeochemical dynamics, different from its riparian soil. Overall, this dissertation concludes that temperate IRES are dynamic ecosystems where dry-wet cycles and environmental factors modulate their sediment microbial community structure and function trajectories in the short- and long term.
The Taylor-Couette (TC) flow, the flow confined between two concentric independently rotating cylinders, is used as a perfect model to investigate shear flow over concave surfaces and one of the paradigmatic systems of the physics of fluids. In this thesis, an experimental investigation of the turbulent TC flow in a very wide gap geometry with a radius ratio 𝜂 = 0.1 is performed. The physical and dynamic behavior of the flow is studied in a geometry that has rarely been investigated before the current study, which makes this study unique. The study aims to understand the effect of curvature on the TC flow, particularly in cases where the circumferential length of the inner cylinder is smaller than the gap width. The flow is studied in the different rotation regimes: counter-rotating, co-rotating, and purely inner cylinder rotating regimes up to shear Reynolds numbers Re_s≤ 150000. The flow field has been qualitatively studied using visualization techniques. By probing the different flow parameters, familiar coherent TC flow patterns appear, in addition to newly observed patterns we assume only exist for very wide gap TC flows. For a more detailed quantitative study, a time-resolved velocity field measurement has been conducted using the High-speed Particle Image Velocimetry technique through the system end plate. The radial and azimuthal velocity components in the 2D horizontal plane are measured at different axial positions, in order to scan the axial variance of the flow. The recorded flow field is used to compute the angular momentum transport in terms of the quasi-Nusselt number (Nu_ω). The results show a maximum of Nu_ω for low counter-rotating rates of −0.011 ≤ μ_max ≤ −0.0077, which is associated with large-scale structures that span the entire gap. Moreover, the Nu_ω decreases for counter-rotation rates higher than μ_max until it reaches a minimum value and then tends to increase again for higher counter-rotation cases. The space-time behavior of the turbulent flow field for the high counter-rotating cases shows the existence of newly observed patterns next to the outer cylinder wall that propagates inward, enhancing the angular momentum transport and resulting in a second maximum in transport for higher counter-rotating rates. For the pure rotating inner cylinder, the momentum transport scaling with the shear rate Nu_ω ∼ Re_s^α has been studied, and it shows a transition in scaling to 𝛼 = −0.76 for all flows with Re_(s )≥ 25000. This new scaling reveals the transition of the flow from the classical turbulent regime to the ultimate one, where this transition is accompanied by a clear change in the flow behavior. Moreover, the flow in the co-rotating regime and particularly in the centrifugal stable regime (𝜇 > +0.01) is investigated. The Velocity measurements show the presence of disturbed flow near the inner cylinder, where the measured velocity profiles showed a clear deviation from those predicted by laminar flow for flows up to 𝜇 = +0.04.
Stochastic optimal control problems of residential heating systems with a geothermal energy storage
(2023)
In this thesis we consider a residential heating system equipped with several heat production and consumption units and investigate the stochastic optimal control problem for its cost-optimal management. As a special feature the manager has access to a geothermal storage (GS) which allows for inter-temporal transfer of heat energy by storing leftover solar thermal energy generated in summer for satisfying demand later. It is charged and discharged via heat exchanger pipes filled with a moving fluid. Further, the manager of that system faces uncertainties about the future fuel price and heat demand. The main goal is to minimize the expected aggregated cost for generating heat and running the system. This leads to a challenging mathematical optimization problem. The problem is formulated first as a non-standard continuous-time stochastic optimal control problem for a controlled state process whose dynamics is described by a system of ordinary differential equations (ODEs), stochastic differential equations and a partial differential equation (PDE). The PDE, which describes the temperature distribution in the GS, is first converted into a high-dimensional system of ODEs by semi-discretizing the space variables and its stability is investigated. This makes it possible to compute some aggregated characteristics which are useful for the operation of the GS embedded in the residential heating system. Second, the linear time-varying system of ODEs is approximated by a suitable linear time-invariant system. This allows the Lyapunov balanced truncation model order reduction method to be applied. Finally, we investigate the solution of the resulting standard optimal control problem for a controlled multi-dimensional diffusion process using dynamic programming methods and derive the corresponding Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equation. However, no analytical solution of the HJB equation can be expected for the control problem under investigation. Therefore, we transform the continuous-time optimal control problem into a discrete-time control problem for a controlled Markov chain with finitely many states by discretizing both the time and the states. After determining the transition probabilities, the problem is solved using methods from the theory of Markovian decision processes. The thesis presents results of extensive numerical experiments carried out with the developed methods which reveal typical properties of the value function and the optimal strategy of the optimization problem. We end this thesis by describing some alternative methods to overcome the curse of dimensionality.
Ungauged and data-scarce coastal river catchments, small and medium-sized ones in particular, are popular worldwide, especially in developing countries in Southeast Asia. In general, coastal river catchments are exposed to various coastal hazards such as fluvial floods, typhoons, and sea-level rise. In addition, climate change and socio-economic development will substantially change global flood risks. However, in scientific research, flood risk and future flood risk assessments in such coastal river catchments have not been significantly considered. Therefore, the overall objective of this thesis is to propose an innovative methodological framework for modeling and evaluating flood risk in such river catchments in the future under the impacts of climate change, sea-level rise, and land-use change based on using numerical models (hydrological models and land-use change models) and remote sensing data (satellite images and precipitation) in combination with other state-of-the-art methods, tools and models, and new approaches, such as flood risk assessment methods, regionalization methods, and statistical downscaling methods. The proposed framework was adopted, applied, and validated successfully for a case study - Tra Bong River Catchment - on the south-central coast of Vietnam as a test application. The main conclusion of this research is that the proposed framework can provide valuable information and projections of changing future flood risk associated with climatic and socio-economic changes in ungauged and data-scarce coastal river catchments. The proposed framework is designed with free model and method choices, meaning that it can apply different methods and tools for each step depending on the natural characteristics of river catchments, data collection, tools, and understanding of models, etc. Finally, this research can be used as a technical reference for designing and building national, regional, or local frameworks/guidelines for assessing future flood risk in ungauged and data-scarce coastal river catchments in Vietnam and other countries in Southeast Asia.
Precession driven flows are believed to play a relevant role in planetary dynamics, such as in atmospheric phenomena, and as a complementary energy source for homogeneous dynamo action, i.e. the self-generation of planetary magnetic fields. Precessional motion occurs when a body rotates around an axis, which itself is rotating around another axis. The main influence of this forcing mechanism is a gyroscopic effect on the fluid flow which gives rise to a wavy dynamics even in the laminar regime. If the forcing magnitude is strong enough the flow goes through a series of phenomena such as instabilities, resonant interactions between waves, and transition to turbulence whose occurrence depends on the container shape and the angle between the two axis. Although many phenomena have a satisfactory explanation, others still remain elusive and merit further investigations.
The interest in moderate to large forcing is particularly motivated by the need of theoretical supports for the upcoming DRESDYN (DREsden Sodium facility for DYNnamo and thermohydraulic studies) precession experiment, whose main purpose is to test the capability of a precessing fluid system to achieve a dynamo effect. Here, the possibility to generate a magnetic field is connected to the emergence of three large scale structures in the bulk flow: a directly forced standing wave, poloidal vortices, and a geostrophic axisymmetric flow.
In this thesis we use numerical simulations to study and understand the flow behavior in a fluid-filled precessing cylinder. We use two types of approaches: a global study to investigate large scale phenomena and the resulting magnetohydrodynamics behavior, and a local model to analyze and unveil the properties of turbulence forced by precession. The bulk flow behavior present different responses with respect to the sense of motion: while prograde precession shows a steep transition to turbulence when increasing the forcing magnitude with a marked breakdown of the directly forced mode, retrograde precession presents a much smoother change. A related distinction has been found also for the dynamo action, which is more likely to occur for perpendicular and retrograde precession. The precession driven turbulence is a complex scenario determined by the coexistence of geostrophic vortices (called also condensates), a typical feature of rotating turbulence prone to an inverse cascade of energy, and small scale 3D waves characterized by a direct energy cascade. We observe the interaction of these two structures as being governed by a clear hierarchy.
The accelerated urbanization has led to increasing tension on urban land use. In this context, more and more slender high-rise buildings are being built worldwide in pursuit of better economic benefits. However, these structures are susceptible to wind excitation due to their lower first natural frequency. Different passive, semi-active, and active damping systems have been developed to reduce wind-induced structural vibration. Among them, the tuned mass dampers are widely used and proved as a very effective method in practice. However, this system requires a large additional damping mass. This also causes additional reinforcement, which increases the cost and carbon footprint. A huge space near the top story of the building is needed for the installation. In this research, a novel system named distributed-Multiple Tuned Facade Damping (d-MTFD) system is proposed by using specially designed parallel moveable Double-Skin Facade (DSF) outer skin as damping mass. These moveable facade elements can be installed on the upper stories of the high-rise building. Smooth-running guide rail systems are used to achieve the parallel moveability. Multi-objective optimization based on the Genetic Algorithm (GA) is applied to reduce the maximum top floor acceleration (Objective I) and to reduce the maximum facade relative displacement (Objective II) simultaneously. The optimization results for the passive and semi-active systems are presented in the form of the Pareto front. The trade-off between these selected two competing optimization objectives is observed. This approach was first validated in a simulation using a 306 m tall reference building for a wind speed of 13.5 m/s at 10 m above ground level with a return period of 10 years. Acceptable peak accelerations at the top story for hotel use and a maximum facade relative displacement of less than ±0.5 m could be achieved for the benchmark building with the d-MTFD system. For semi-active control, the variable damping coefficient can be achieved by using stepper motors in generator mode. The electrical damping coefficient can be continuously adjusted by the developed power electronics. In addition, electrical energy can be generated and stored in a battery. A full-scale prototype with one parallel moveable facade element was built. Based on the prototype, the functionality of the semi-active control using a stepper motor and its energy harvesting performance was tested by applying Hardware-in-the-Loop (HiL) simulations. Greybox system identification was used to estimate some parameters (spring stiffness, friction, etc.) in the connection. The accurate system identification results ensure further validation using HiL simulations. The HiL simulations successfully demonstrated the feasibility of a self-powered semi-active d-MTFD system.
The incompressible temporally developing turbulent boundary layer (TBL) and spatially developing turbulent boundary layer (SBL) with and without blowing is analyzed using the map-based stochastic one-dimensional turbulence (ODT) model. An understanding of these idealized flows is of fundamental relevance for boundary layer-type problems, which are frequently encountered in several applications, from atmospheric sciences to engineering. In the ODT model, the flow variables are resolved on all scales along a wall-normal, 1-D domain. These variables are evolved by a deterministic process representing molecular diffusion and by a stochastic process modeling the effect of turbulent advection and pressure fluctuations. Due to the reduction in dimensionality, the model is particularly appropriate for high Reynolds number flow. It is shown that the ODT model is able to capture salient features of the turbulent boundary layer-type flows by comparing the results with various available reference direct numerical simulation (DNS), large eddy simulation (LES) and experimental results. The comparison is presented for the mean velocity profiles, turbulent velocity fluctuation profiles (up to fourth order), the skin friction coefficient and shape factor for different bulk (Reb) and momentum Reynolds numbers (Reθ) using fixed model parameters. The influence of the model parameters is also discussed for various momentum Reynolds numbers for each investigated flow configuration. The results discussed in this thesis suggest that the ODT model is an economical and reasonably accurate approach for the simulation of turbulent boundary layer flows.
A demonstrator plant of a recently patented process for improved sludge degradation has been implemented on a municipal scale. In a 1500 m3 sewage sludge digester, an intermediary stage with aerobic sewage sludge reactivation was implemented. This oxic activation increased the biogas yield by up to 55% with a 25% reduction of the remaining fermentation residue volume. Furthermore, this process allowed an NH4-N removal of over 90%. Additionally, 16S rRNA gene amplicon high-throughput sequencing of the reactivated digestate showed a reduced number of methane-forming archaea compared to the main digester. Multiple ammonium-oxidizing bacteria were detected. This includes multiple genera belonging to the family Chitinophagaceae (the highest values reached 18.8% of the DNA sequences) as well as a small amount of the genus Candidatus nitrosoglobus (<0.3%). In summary, the process described here provides an economically viable method to eliminate nitrogen from sewage sludge while achieving higher biogas yields and fewer potential pathogens in the residuals.
In this study, heat-treated and multisurface engineered DIN 1.2367 tool steel was subjected to room and elevated temperature wear tests, and the effect of nitriding on its tribological behavior was investigated. CrN, AlTiN, and CrN/AlTiN coatings with a total thickness of 2 µm were obtained by arc cathodic physical vapor deposition on conventional heat-treated and gas-nitrided steels. The white layer formed during nitriding was removed, and a diffusion layer (100 µm) was achieved in the cross section of the steel having a tempered martensitic matrix. The highest surface hardness was attained with an integral coating (CrN/AlTiN), and surface hardness increased even more after nitriding due to the formation of a multicomponent ceramic layer on top of the diffusion layer. The room temperature wear tests performed against an alumina counterpart revealed that (i) CrN/AlTiN-coated steel had the highest friction coefficient of 0.26, which further increased to 0.33 by nitriding due to the increase in shear strength, and that (ii) with increasing surface hardness, the specific wear rates (W) of the heat-treated and coated steels could be ranked as follows: WCrN/AlTiN < WAlTiN < WCrN. The wear rates decreased when nitriding was carried out prior to coating. In order to simulate the aluminum extrusion conditions, hot wear behavior of the surfaces against AA6080 alloy at 450 °C was investigated. The hot wear tests revealed that (i) high friction coefficients were reached due to the adhesive characteristic of aluminum to the surfaces, (ii) the nitrided and CrN/AlTiN-coated sample exhibited the lowest wear rate among all studied surfaces, and (iii) the film damage on the worn surfaces mostly occurred in the form of droplet delamination.
Additive Manufacturing of metals has become relevant for industrial applications. The near net-shape production of components produced by Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M) enables new possibilities in component design combined with a reduction of the amount of needed material. Omitting the extra material, that was part of conventionally produced components due to machining constraints, results in components which in consequence lack the inherent additional safety margins provided by the higher material consumption of conventionally produced components. Therefore, to use PBF-LB/M metals in safety critical applications an in-depth understanding of porosity and internal stresses in parts made by PBF-LB/M is needed. Only non-destructive testing methods—such as computed tomography and residual stress analysis using neutrons—enable the assessment of porosity and stresses in the whole part. In this thesis I tackled creep and tensile static deformed specimens to fill research gaps in this field in terms of analysing PBF-LB/M stainless steel AISI 316L: from structural properties to in-situ behaviour. The initial void population of AISI 316L is studied using X-ray and synchrotron micro computed tomography. Specimens produced with different process parameters were analysed to quantify the influence of process parameters on the initial void population. The possibility to close voids using the laser illumination of subsequent layers is discussed by a quantitative study of the ability of the laser to melt different multiples of the applied layer thickness. The formation of internal stress is inherent to components produced by the PBFLB/ M process. These stresses remain in the components after production as residual stresses. In this thesis a study is presented which aims to unravel the mechanisms that define the spatial distribution of the residual stresses, and their magnitude. In the end, the population of internal voids during mechanical testing is studied by X-ray micro computed tomography. The evolution of damage accumulation in creep specimens is studied at different stages of the creep test. Results are compared to a creep tested conventionally made specimen and to a PBF-LB/M specimen from a tensile test. An interconnection between the PBF-LB/M microstructure and the pattern of damage is revealed.
Violent chronic conflicts, uprooting, and the continuous massive (re)generation of displacement waves constitute the main elements of the Kurds’ history within nation-states’ (changing) geographies. Today, Kurdish-inhabited territories represent palimpsests of involuntary dislocations and relocation stories, constantly (re)written by refuge-seeking/ granting (spatial) practices. Since 2011, contemporary uprisings and wars in Syria and Iraq have inscribed the Kurdistan Region of Iraq (KR-I) territories with a new layer of displacement stories. These territories acted as frontline receptors for consecutive Syrian refugees and Iraqi internally displaced waves seeking protection. Displacees found refuge in the rural, urban and newly set humanitarian camps’ spaces; hence, they (temporarily) anchored and carved some sort of a presence within their receiving sites. The rationale behind such receiving sites' emergence, use and progression in the KR-I have historically oscillated between modernization, discipline, development and humanitarianism.
Guided by the urbanism lens, this research aims to narrate the KR-I’s forced displacement territorial biography of involuntary dislocated and (re)located Kurds. This narration chronologically traces these groups' newly (re)shaped receiving sites and how refuge-seeking/granting practices aggregated and (re) articulated the KR-I’s territories. It investigates the ways in which these receiving sites act as seeds of emerging urbanities in such a politically contested region. On the one hand, the research zooms out and repositions these sites' emergence and spatial progression within a broader geopolitical context, socioeconomic conditionalities, uses and meaning subversions due to the ever-changing actors. On the other hand, it zooms closely into the newly set Syrian-Kurdish refugee camps in the KR-I within and beyond predefined (nation-state) belongings in their ever-distorted time-space frames. It securitizes on the ways in which these sites are conceived and inhabited to (re)claim rights “to” and “in” space, territory, history and future. Between the large and small pictures, the research investigates the human and the non-human spatial agency that (re)patches these ruptured Kurds' collective memories and contemporary narratives of where, when, what and with whom (a future) home rests.
This study is an urgent call for the international and local constellation of actors to critically rethink their standardized ready-made solutions and piece-meal spatial interventions in geographies associated with chronic crisis, ever (re)branded under emergency, development and peace ‘help’ banners. It sets the basis for rearticulating and developing further research-based interventions that account for exhausted conflict-ridden (infra)structures, political sensitivities, socio-economic situations and environmental impacts.
Für die Personalisierte Medizin wird eine präzise und schnelle Analyse relevanter kardiovaskulärer, Tumor- oder Autoimmunbiomarker in der heutigen Labordiagnostik immer wichtiger. Patienten sollen möglichst individuell und auf ihre Bedürfnisse abgestimmt behandelt werden. Mithilfe einfacher, tragbarer, zeit- und materialsparender Analysemethoden sollen in Zukunft die Ärzte durch automatisierte, multiparametrische Testsysteme unterstützt werden. Um diese Probleme adressieren zu können, ist es notwendig, Systeme zu entwickeln, die einen simultanen Nachweis von Protein-, Nukleinsäure-, und Lipidbiomarkern ermöglichen. Die vorliegende Dissertation setzt sich mit der Entwicklung mikropartikelbasierter Nachweissysteme für hydrophile und amphiphile Biomarker auseinander. Hierbei wurde ein mikropartikelbasierter Mikrofluidikchip zur Analyse von vier Protein- und DNAbasierten kardiovaskulären Biomarkern entwickelt. Dieser zeigt gegenüber der Verwendung einer Multiwellplatte eine Reduzierung der Zeit von 1 h auf 7 min, die Reduzierung von Patientenmaterial, aufgrund des Einsatzes geringer Volumina und eine erhöhte Sensitivität um einen Faktor von fünf gegenüber den Herstellerangaben der Biomarker. Die Analyse amphiphiler Biomarker wie Phospholipide oder Lipoproteine setzte die Verwendung hydrophober Mikropartikel voraus. Neuartige, fluoreszenzkodierte, hydrophobe Mikropartikel wurden hergestellt und anhand verschiedener Kriterien wie Verhalten in Puffersystemen, Hydrophobizität, Lösungsmittelstabilität und Fluoreszenz- und Größenverteilung charakterisiert. Mithilfe der typisierten hydrophoben Mikropartikel wurden amphiphile Biomarker, wie z. B. Anti-Phospholipid-Antikörper gegen Cardiolipin, welche bei Autoimmunerkrankungen, Krebs und kardiovaskulären Erkrankungen eine Rolle spielen, an die Mikropartikeloberfläche gekoppelt. Ein aussagekräftiger Nachweis der Anti- Phospholipid-Antikörper konnte sowohl auf Membran- als auch Mikropartikelbasis entwickelt werden. Mit dem entwickelten Proof-of-Principle konnten erste Patientenseren analysiert und eine eindeutige Zuordnung der positiven und negativen Seren vorgenommen werden.
In den letzten Jahren hat in der Forschung und Wirtschaft die mikrobielle Biogasproduktion großes Interesse geweckt. Mit diesem Konzept könnte die Versorgung mit erneuerbarer Energie in Zeiten geringerer Energieerzeugung gewährleistet und zusätzlich die Umwelt geschont werden. Bei der Power-to-Gas Technologie wird überschüssige elektrische Energie für die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse verwendet. Anschließend werden Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid mithilfe von hydrogenothrophen methanogenen Archaeen zu Methan (CH4) umgewandelt. Bei ausreichender Qualität (>97%) könnte dieses ins nationale Erdgasnetz eingespeist werden. Dieses Verfahren kann durch die direkte Zugabe von H2 in einem Fermenter (in-situ) oder extern in einem separaten Biogasreaktor (ex-situ) stattfinden. In der vorliegenden Arbeit wurden die jüngsten Forschungsergebnisse in Bezug auf das ex-situ Verfahren analysiert und zusammengetragen. Genauer wurde die Beeinflussung der Prozessvariablen sowie optimale Reaktionsbedingungen diskutiert. Zusätzlich zum eigentlichen Ablauf des ex-situ Prozesses wird am Ende der Arbeit die Wirtschaftlichkeit erörtert. Die Ergebnisse belegen, dass die ex-situ Biomethanisierung eine Produktgasqualität von mehr als 95% erreichen kann. Dafür müssen die Prozessvariablen jedoch optimal eingestellt werden. Gut geeignet wäre z.B. eine mit Methanobacterium angereicherte Mischkultur mit einem pH-Wert im Bereich von 7,1 bis 8,5. Weiterhin erläutern viele Studien, dass eine ausreichende Nährstoffversorgung, 5 bar Betriebsdruck und eine Umgebungstemperatur von 35 °C bis 55°C optimale Betriebsbedingungen darstellen. Aus wirtschaftlicher Sicht ist Biomethan nach aktuellem Stand der Technik preisintensiver als herkömmliche Methanquellen. Jedoch könnten unter Berücksichtigung umweltschonender Effekte, Klimaschutz sowie dem Vertrieb von CO2- Zertifikaten die Kosten ausgeglichen und ein niedrigeres Preisniveau erreicht werden. Zusammenfassend stellt Power-to-Gas eine vielversprechende Zukunftstechnologie dar, welche die Möglichkeit auf eine umweltfreundliche und nahezu CO2-neutrale Biomethanproduktion unter Verwendung überschüssiger Energie eröffnet.
In this work we investigated the resistance of different kP implementations based on the Montgomery ladder against horizontal, i.e. single trace, attacks. Applying statistical methods for the analysis we were able to reveal the secret value k completely. The reason causing the success of our attacks is the key-dependent addressing of the registers and other design blocks, which is an inherent feature of binary kP algorithms. This dependency was successfully exploited in the past by Itoh et al. analyzing many hundreds of kP traces, i.e. this attack is a vertical address-bit differential power analysis attack against Montgomery ladder. The vulnerability of the Montgomery ladder against horizontal address-bit attacks was detected and demonstrated during our investigations. We were able to reveal the scalar k exploiting the address-bit vulnerability in single trace attacks using not only statistical methods, but also Fourier transform, selected clustering methods as well as one of the simplest methods – the automatized simple SCA. We performed successful horizontal address-bit SCA attacks against both types of ECs, i.e. against highly regular Montgomery ladder and against a binary kP algorithm implementing atomic patterns. The success of our attacks shows that the regularity and atomicity principles are not effective against horizontal address-bit attacks. As a means for reducing the attack success, we investigated the hiding ability of the field multiplier which is usually the largest block of kP designs. We implemented our field multiplier for ECs over prime fields corresponding to the 4-segment Karatsuba multiplication formula that reduces the execution time and the energy consumption for a kP operation by about 40 % in comparison to multipliers exploiting the classical multiplication formula. However, the energy consumption per clock remained in our multiplier without significant changes, i.e. the protective hiding properties of the multiplier as a noise source were not decreased. Another advantage of our field multiplier is its inherent resistance to horizontal collision attacks, in contrast to multipliers based on the classic multiplication formula. Additionally, we proposed regular scheduling for the block addressing as an effective strategy for reducing the success of horizontal address-bit attacks. Combining this approach with the hiding features of the field multipliers can increase the resistance of the kP designs for both types of ECs against a broad spectrum of SCA attacks. The mentioned analysis methods can be successfully applied for determining SCA leakage sources in the early design phase.
Nanopore sequencing, a third-generation sequencing technique that applies nanometre sized pores to transduce the physical and chemical properties of specific nucleobases into measurable electrical signals, shows attractive advantages over conventional next-generation sequencing techniques. However, primarily due to high sequencing error rates this technique has rarely been used so far in clinical laboratory diagnostics. In this cumulative dissertation Nanopore sequencing was established and validated in clinical diagnostics using the example of the molecular diagnosis of Familial Mediterranean fever (FMF) and SARS coronavirus-2 (SARS-CoV-2) infections. First, a novel data analysis pipeline for accurate single nucleotide polymorphism (SNP) genotyping using Nanopore sequencing data was developed and validated with the corresponding sequencing protocol against conventional Sanger sequencing using 47 samples of patients with clinical suspicion of FMF. This method comparison showed a perfect agreement between both methods rendering current Nanopore sequencing in principle suitable for SNP genotyping in human genetics.
The bioinformatic analysis of sequencing data is one of the most challenging parts in Nanopore sequencing experiments and complicates the application in a clinical diagnostic setting. Therefore, six different bioinformatic tools for sequence alignment were evaluated regarding their applicability to Nanopore sequencing data. This evaluation revealed a good suitability of all except one of these tools although differences in quality and performance exist.
Since Nanopore sequencing showed a robust performance in SNP genotyping, a SARS-CoV-2 whole genome sequencing (WGS) protocol was established to enable onside viral WGS in a clinical laboratory. This was especially important for viral molecular biological surveillance during the pandemic as shown by analysing viral genetic data over the course of one year. Applying this approach in a clinical research project to investigate host-virus interaction by aggregating for the first time viral genetic data, serological data and clinical data, showed diverse humoral immune responses to SARS-CoV-2, that appear to be influenced by age, obesity and disease severity. Further, even small viral genetic changes may influence the clinical presentation of the associated disease COVID-19. Additionally, a novel reverse transcriptase (RT)- loop mediated isothermal amplification (LAMP) assay for the detection of SARS-CoV-2 was developed and validated for diagnostic use by method comparison with conventional RT-polymerase chain reaction (PCR). In summary, by presenting advancements of sequencing and bioinformatic workflows with the focus on an application in clinical diagnostics, the results of this thesis may pave the way for a broader application of Nanopore sequencing in laboratory medicine in the near future.
Between 2000 and 2015, the services sector grew by 23% in OECD countries, with around two-thirds of the working population employed in this sector. In the European Union, 72.1% of the labor force worked in the services sector in 2018. With a growing global population, the demand for services is also increasing, making increasing service productivity an important research goal.
Public and private service companies are subject to different incentive structures that influence their approach to productivity. Public service enterprises, especially in the social, health, and education sectors, play a critical role in society. Improving public service productivity is therefore essential.
Two research questions are addressed: What factors have the greatest impact on the performance of service workers? How can performance improvement be expressed by managing the influencing factors of frontline employees? By focusing on frontline employees, this dissertation recognizes their essential role in increasing service productivity. The goal of the thesis is to gain insight into the factors that influence their productivity in public service.
The dissertation reviews service productivity models in detail. Differences and connections between the various models and schools of models are discussed. Grönroos and Ojasalo's model of service productivity is selected as the theoretical framework for the empirical study to examine the factors influencing frontline employees. The systematic selection of influencing factors as well as the evaluation of previous research on these factors, reveals research gaps, which are translated into hypotheses. The majority of the data for the empirical part comes from public service companies. The designed questionnaire serves as a starting point for the development of a scale for empirical validation for one part, a component of the Grönroos-Ojasalo model. The research results offer a basis for action for practitioners who want to achieve productivity improvements.