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Eine nachfrageorientierte und bedarfsgerechte Stadtplanung muss im Sinne
der Ordnung und Leitung der baulichen und sonstigen Nutzung des Bodens
unterschiedliche Flächenansprüche von Zielgruppen berücksichtigen, um
eine wechselseitige und verträgliche Zuordnung von Nutzungen zu erreichen.
Eine bedarfsgerechte Ausweisung von Wohnbauland erfordert es im
Sinne einer nachhaltigen Planung zu wissen, wo und wie die Menschen
wohnen wollen, wie ihre Präferenzen hinsichtlich Investitionsentscheidungen
(Miete oder Kauf) sowie deren quantitativen und qualitativen Anforderungen
an Wohnstandorte (Wohnung und Wohnumfeld) zu beurteilen sind.
Aus planungswissenschaftlicher Sicht sind im Rahmen der Wohnbaulandentwicklung
quantitative, qualitative und prozessuale Defizite von planungspraktischer
Relevanz identifizierbar, die sich – ausgehend von den Phasen
der Bedarfsermittlung über die Standortfindung und Bauleitplanung bis hin
zur baulichen Realisierung (Erschließung und Hochbau) – prozessübergreifend
erstrecken. So werden insbesondere qualitative Aspekte in diesen Prozessschritten
nicht gänzlich und zusammenhängend berücksichtigt, obwohl
qualitative Indikatoren bei der Wohnstandortentscheidung – im Sinne einer
sozialverträglichen, bestands- als auch nachfrageorientierten Stadtplanung
– eine immer stärkere Bedeutung erfahren.
Die Erkenntnisse aus der mikrogeographischen Milieu-Forschung – betrachtet
wird in der vorliegenden Arbeit primär das Sinus-Milieu-Modell® –
liefern Indizien für die zu erwartende quantitative und qualitative raumbezogene
Nachfrage einer heterogenen Stadtgesellschaft. Daher wird ein wissenschaftlicher
und planungspraktischer Mehrwert untersucht, der die Erkenntnisse
der Sinus-Milieu®-Forschung verwendet und im Sinne eines strategischen
Gesamtansatzes für Planungsprozesse nutzbar macht.
Anhand des Modellansatzes wird aufgezeigt, wie ganzheitlich
Planungs-, Realisierungs-, Vermarktungs- und Betriebsprozesse in Wohnquartieren
zielgruppenspezifisch und nachfrageorientiert gestaltet werden
können. Hierbei wird eine quantitative und qualitative Untersuchung durchgeführt,
die theoretische und anwendungsorientierte Erkenntnisse der Sinus-
Milieu®-Forschung im Kontext der Wohnbaulandentwicklung aus wissenschaftlichen
Erkenntnissen und Praxisprojekten adaptiert und in einem Optimierungsleitfaden
zur zielgruppenspezifischen Wohnbaulandausweisung
vereint. Darüber hinaus werden wohnstandort-, baugrundstücks-, wohngebäude-,
wohnungs- und planungsprozessual-bezogene Wohnqualitätskriterien
definiert, die als Orientierungsrahmen für zielgruppenspezifische
Wohnbaulandstrategien zu Grunde gelegt werden können.
Diese Erkenntnisse sind aus planungswissenschaftlicher Sicht mit einem planungspraktischen
Nutzen im Kontext der Wohnbaulandentwicklung anzusehen.
Das Vorgehen basiert auf der breiten Datenbasis der microm
GmbH, milieuspezifische und räumlicher Parameter werden für den Untersuchungsraum
in einem Sozialraumdiagramm eingeordnet. Das Instrument
der Sozialraumanalyse liegt dem Modellansatz zu Grunde und wird anhand
der Demonstrator-Kommune Stadt Kaiserslautern erforscht.
Die evangelischen Landeskirchen mit ihrem tradierten institutionellen Selbstverständnis verlieren im Zuge der Mitgliedschaftserosion immer mehr den Anschluss an eine sich rasant wandelnde Gesellschaft. Die fortschreitende Pluralisierung, Individualisierung und Mobilität der Gesellschaft sowie die Zunahme von sozialen Organisationsformen alternativ zur klassischen Kleinfamilie stellen die regional agierende und massenkommunizierende evangelische Volkskirche heute vor Herausforderungen, die sie mit ihren bisherigen institutionellen Strukturen offensichtlich nicht mehr in jeder Hinsicht bewältigen kann. Als Körperschaft des öffentlichen Rechts sieht sich die evangelische Kirche selbst auf Augenhöhe zu den staatlichen Gewalten. Auf diese Weise steht sie im Spannungsfeld zwischen dem selbst auferlegten öffentlichen, mitgliederdistanzierten Auftrag einerseits und der Erwartung zur religiösen Bedürfnisbefriedigung andererseits.
Ausgehend von dem letzten Reformimpuls, den die EKD unter dem Titel Kirche der Freiheit im Jahr 2006 an ihre Gliedkirchen aussandte, wird ein differenzierterer Ansatz vorgeschlagen, bei dem die evangelische Kirche eine ihrer wichtigsten Dimensionen, nämlich die der mitgliederbasierten Freiwilligkeitsorganisation in den Fokus rückt. Ein vornehmlich organisationales Selbstverständnis würde der evangelischen Kirche mit der Anwendung von Nonprofit-Governance-Methoden, beispielsweise mit der organisationsweiten Einführung effektiverer Leitungs- und Steuerungsmechanismen, neue und flexiblere Handlungsspielräume eröffnen. Zudem erlaubte ein auf das kirchliche Wesen zugeschnittenes Nonprofit-Marketing das Organisationsziel in Relation zum Marktgeschehen und damit zu den Bedürfnissen der Individuen zu formulieren und zu verfolgen.
In der konsequenten Weiterentwicklung der im Impulspapier der EKD genannten Funktionsgemeinden wird eine funktionale Organisationsmatrix vorgeschlagen, die sich an den vier christlichen Grundvollzügen Koinonia, Diakonia, Leiturgia und Martyria orientiert. Dies impliziert die Substitution des traditionellen Parochialsystems durch eine rein funktionale Organisationsstruktur in Form von strategischen Kerngeschäftsfeldern, unter denen die diversen kirchlichen Dienste programmatisch zusammengefasst werden.
Für die bessere Wiedererkennbarkeit im Außenverhältnis und notwendige Komplexitätsreduzierung im Binnenverhältnis wird die Konzeptionierung einer einheitlichen evangelischen Corporate Identity angeraten, die organisationsweite einheitliche Vorgaben für das Verhalten, die Außendarstellung und Kommunikation im Rahmen einer einheitlichen evangelischen Dachmarke vorsieht. Ziel ist es hier, mit einer stimmigen Corporate Identity eine kirchliche Persönlichkeit zu erschaffen, die ihre religiöse Identitätsbotschaft mit ihrer eigenen Wahrhaftigkeit vermittelt.
In this thesis viscoelastic material models are established to investigate the nature of continuous calving processes at Antarctic ice shelves. Physics-based descriptions of calving require appropriate fracture criteria to separate icebergs from the remaining ice shelf. Hence, criteria of the stress, the strain, and the self-similarity criterion are considered within finite-element computations. Crucial parameters in the models to determine the position of calving are the accurate knowledge of the geometry, especially the freeboard height, while the material parameters mainly influence the time span between two successive calving events. The extension to nonlinear material models is necessary to properly analyze the internal forces also for large deformations that occur for longer times of the viscous ice flow.
Das homotetramere, cytosolische Chaperon SecB spielt eine entscheidende Rolle in der Proteintranslokation von Escherichia coli beim Transport von Proteinen über die Cytoplasmamembran in den periplasmatischen Raum der Zelle. Es bindet währenddessen naszierende Polypeptide, hält diese in einem entfalteten, translokationskompeteten Zustand und transportiert sie zur Translokationsmaschinerie an die Cytoplasmamembran. In vitro wechselwirkt SecB mit einer Reihe von entfalteten Proteinen, beispielsweise dem Bovine Pancreatic Trypsin Inhibitor (BPTI) oder in vivo mit dem Vorläuferprotein des Maltosebindungsproteins (preMBP). Frühere Untersuchungen lieferten Hinweise auf eine Konformationsänderung des Chaperons hervorgerufen durch eine Substratbindung des Modellsubstrats BPTI. Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt auf Untersuchungen zur Komplexbildung zwischen dem natürlichen Substrat preMBP und SecB sowie auf weiteren Untersuchungen zur Konformationsänderung hervorgerufen durch die Substratbindung.
Um die Aufreinigung der Chaperone zeiteffizienter zu gestalten und die Reinheit weiter zu steigern, erfolgte eine Umklonierung der verschiedenen SecB-Gene in pET20b(+)-Expressionsvektoren. Im Zuge dieser Einklonierung wurden die SecB-Sequenzen mit einer Thrombinschnittstelle und einem His-Tag fusioniert. Weiterhin wurden zwei neue SecB-Mutanten (C109 und C113) generiert.
Die Untersuchung des preMBP-SecB-Komplexes mit Hilfe der HPLC zeigte, dass 2 M GdnHCl ausreichend ist, um das preMBP zu entfalten und entfaltetes preMBP schneller von der Säule eluiert als rückgefaltetes. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass die Rückfaltung von preMBP durch Verringerung der GdnHCl-Konzentration von 3 M auf 0,1 M innerhalb weniger Sekunden abgeschlossen ist. Die Komplexbildung erfolgte nur, wenn das Chaperon vorlegt wurde und preMBP anschließend hinzugegeben wurde. Die anschließende Analyse zeigte eine Koelution beider Proteine.
Für die EPR-spektroskopischen Untersuchungen wurden die SecB-Mutanten mit den Spinlabeln MTS und IOPI gelabelt. Die cw-EPR-Messungen bei Raumtemperatur zeigten, dass die Beweglichkeit des Spinlabels am Wildtyp-Protein deutlich stärker eingeschränkt ist als an Aminosäureposition 90. Die cw-EPR-Messungen am Wildtyp-Chaperon bei 180 K gaben erste Hinweise darauf, dass sich benachbarte Spinlabel in einem Abstand von weniger als 20 Å befinden. Der Vergleich mit den berechneten Abstandsdaten aus dem Molecular Modeling zeigte, dass es sich bei den gemessenen Entfernungen um die kurzen Abstände zwischen den Cysteinen benachbarter Untereinheiten handeln muss. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass sich das Spinlabel an Aminosäureposition 312 des preMBPs in einer Entfernung von maximal 20 Å befindet.
Die DEER-Messungen ergaben Abstände zwischen den Aminosäurepositionen 97 am SecB von 19,3 Å für die kurzen Entfernungen zwischen direkt benachbarten Untereinheiten und 51,2 Å für die langen Entfernungen. Durch die Substratbindung von BPTI an das Chaperon konnte eine doppelscherenartige Aufweitung zwischen den Dimeren im Bereich der Substratbindungstasche belegt werden. Auch die Abstandsdaten von Aminosäureposition 90 bestätigten die Aufweitung der Bindungstasche.
Kurzfassung
Der zunehmende internationale Wettbewerb bewirkt, dass Unternehmen und auch öffentliche Einrichtungen/Institutionen ihr technisches Know-how bzw. ihre Innovationsvorsprünge gegenüber Dritten absichern müssen. Dies führt zwangsläufig dazu, dass die charakteristischen Merkmale innovativer Technologien vermehrt zum Patent angemeldet werden. Eine systematisierte, digitale Erfassung und Auswertung eingegangener Ideen, Erfindungen/Technologien und deren Koordinierung trägt in erheblichem Maße zur Steigerung der Effizienz und Effektivität des Innovations- und Technologiemanagements im Unternehmen bei. Jedoch sind die Chancen und Risiken bezüglich der gewerblichen Anwendung, die technische Funktionalität sowie die Erteilungswahrscheinlichkeit eines Patents in diesem frühen Stadium der Entwicklung meist sehr schwer zu prognostizieren. In Anbetracht dessen stehen die jeweiligen Entscheidungsträger vor dem Problem, ein für die Bewertung geeignetes Verfahren und das dazugehörige Werkzeug zu wählen, welche die Anforderungen an eine prozessbegleitende und umfassende Bewertung von patentrelevanten Innovationsvorhaben erfüllt. Eine prozessbegleitende Bewertung ist zudem mit einer kontinuierlichen, zum Teil rapiden Änderung der bewertungsrelevanten Parameter im Laufe der Entwicklung verbunden. Eine dynamische Evaluierung des Erfolgs- und des Risikopotenzials von Innovationsvorhaben ist daher von entscheidender Bedeutung. Nur so ist eine projektweite Transparenz des Gesamtprojektstatus gegeben und eine präventive Projektkoordinierung uneingeschränkt möglich.
Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines einheitlichen, aussagekräftigen und nachvollziehbaren Bewertungsverfahrens zur prozessbegleitenden und umfassenden Bewertung von Patenten und patenrelevanten Innovationsvorhaben. Hierbei werden interdisziplinäre Schwerpunkte und deren Parameter in ein dynamisches, homogenes und transparentes Bewertungsmodell zusammengeführt. Darüber hinaus soll ein fachkundiger Bewerter die Möglichkeit erhalten, auf Basis des Bewertungsergebnisses phasenabhängig geeignete Handlungs-empfehlungen abzugeben, die für eine ganze Reihe wichtiger Entscheidungen und Vorgehensweisen im Innovations- und Technologiemanagement von zentraler Bedeutung sind. Als Bewertungsobjekte kommen Ideen, virtuelle Modelle, prototypisch umgesetzte Teilsysteme, Produkte oder Verfahren, Patentanmeldungen, Patente etc. in Betracht.
Bei bisherigen Verfahren zur Bewertung von Patenten und patentrelevanten Innovationsvorhaben liegt die Problematik in der schwierigen Erfassung und Quantifizierung der zukünftigen Potenziale und der damit einhergehenden Risiken von innovativen Technologien und der daraus resultierenden Prognose. Dabei zeigte sich, dass keines der vorhandenen Bewertungsverfahren im Stande ist, bereits in den frühen Phasen des Innovationsprozesses eine aussagefähige und umfassende gesamtwirtschaftliche Betrachtung von Innovationsvorhaben und Patenten zu ermöglichen und zugleich die Anforderungen der DIN 77100 und die Grundsätze des IDW-Standards zu erfüllen. Eine Bewertung von patentrelevanten Innovationsvorhaben gemäß der DIN 77100 und dem IDW-Standard erfordert die Berücksichtigung qualitativer und quantitativer rechtlicher, technischer, wirtschaftlicher und monetärer Einflussfaktoren im Bewertungsalgorithmus. Dies setzt einen klar strukturierten, transparenten und nachvollziehbaren Bewertungsprozess voraus. Ferner soll das zu entwickelnde Modell im Stande sein, den monetären Wert aus den verschiedenen Blickwinkeln der Verwertung, z. B. Herstellung und Vertrieb, Lizenzierung, Verkauf usw. darzustellen bzw. zu berechnen.
Der Bewertungsvorgang der hier entwickelten Bewertungsmethode besteht im Wesentlichen aus den drei Teilschritten ‚Potenzial- und Risikoanalyse‘, ‚Festlegung der Bedingungen für die monetäre Wertermittlung‘ und ‚Wirtschaftlichkeitsanalyse und monetäre Wertermittlung‘. Zentraler Bestandteil der Potenzial- und Risikoanalyse ist eine „dynamische“ Nutzwertanalyse, mit deren Hilfe die Erfolgswahrscheinlichkeiten des Projektes nach zuvor definierten qualitativen und quantitativen Bewertungskriterien errechnet und damit vergleichbar gemacht werden. Dadurch ist es möglich, beschreibende und oft auch pauschal und qualitativ gehaltene Informationen in quantitativ verwertbare Größen zu transformieren und das Projektpotenzial und –risiko in Zahlenwerten auszudrücken. Die Nutzwertanalyse ihrerseits besteht aus den drei Modulen ‚Patentrechtliche Analyse‘, ‚Technische Analyse‘ und ‚Wirtschaftliche Analyse‘, in denen die rechtlichen, technischen und wirtschaftlichen Bewertungskriterien und deren entsprechende Ausprägungen enthalten sind. Durch die Modifizierung der Nutzwertanalyse mit dynamischen Checklisten, die eine unmittelbare Anpassung der Parameter an die vorliegenden Projektbedingungen erlauben, ist es erstmals möglich, eine quantitative Aussage zu den erreichten Zielerfüllungsgraden und den damit verbundenen Projektrisiken zu jedem Zeitpunkt des Innovationsprozesses zu treffen. Die Potenzial- und Risikoanalyse wird durch ein modifiziertes dynamisches Investitionsrechenverfahren ergänzt, so dass eine gesamtwirtschaftliche Betrachtung des Bewertungsobjektes aus verschiedenen Blickwinkeln möglich ist.
Weitere bedeutungsvolle Bestandteile der Bewertungsmethode sind die Wirtschaftlichkeitsanalyse und die montäre Wertermittlung des Bewertungsgegenstandes. Zur Durchführung der Wirtschaftlichkeitsanalyse, die ein wichtiger Teil der monetären Wertermittlung ist, werden die bewertungsrelevanten Parameter, wie beispielsweise das Projektpotenzial, der Diskontierungszins, die prognostizierten Umsatz-/Absatzzahlen und Aufwendungen, der Lizenzsatz, der Ziel-verkaufspreis etc., ermittelt und/oder festgelegt. Um eine frühzeitige aussagefähige Beurteilung des Innovationsvorhabens zu gewährleisten, wurde die Investitionsrecheneinheit mit der Destatis-Datenbank des Statistischen Bundesamtes für Produktionsgüter im verarbeitenden Gewerbe verknüpft. Die aus der statistischen Datenbank ermittelten Umsatz- und Absatzzahlen werden anschließend in eine Produktzyklusrecheneinheit übertragen. Dem Produktlebenszyklus wird dabei ein Umsatzverlauf in Form der Gaußschen Normalverteilung (Glockenkurve) zugrunde gelegt. Für die Modellierung des Umsatzverlaufes im Rahmen einer Innovations- und Patentbewertung wurden die entsprechenden Parameter an den mathematischen Ansatz der Kurvenfunktion angepasst. Dadurch können bereits in den frühen Phasen des Innovationsprozesses Umsatz- und Absatzsimulationen zu verschiedenen Szenarien (Worst-Case- oder Best-Case-Szenario) durchgeführt werden. Des Weiteren ist die Investitionsrecheneinheit derart gestaltet, dass neben den statistischen Daten auch eigene Umsatzerwartungen erfasst und mit den statistischen Ergebnissen verglichen werden können. Werden die prognostizierten Umsätze den zu erwartenden Ausgaben gegenübergestellt und auf den Betrachtungszeitraum diskontiert, kann der monetäre Wert des Innovationsvorhabens/des Patentes ermittelt werden.
Die Bewertung von Innovationsvorhaben und Patenten erfolgt aus unterschiedlichen Bewertungs-anlässen mit dem grundlegenden Ziel, eine fundierte Entscheidungsgrundlage zu schaffen, um im Hinblick auf ein festgelegtes Ziel nachvollziehbare Entscheidungen zu ermöglichen. Bewertungs-anlässe können u. a. die Selektion patentfähiger und erfolgversprechender Ideen aus einem Ideenpool, die Überwachung des Projektstatus zur Festlegung strategischer Maßnahmen, die Technologie- und Patentwertbestimmung für Bilanzierungszwecke, die Kreditsicherung und die Festlegung von Lizenzkonditionen sein. Insbesondere Letzteres (Lizenzierung an Dritte) ist für Universitäten und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen sowie Privatpersonen, mit Ausnahme von Ausgründungen, in vielen Fällen der einzige Weg, eine innovative Technologie erfolgreich zu verwerten. Die Berechnung des Erfindungswertes erfolgt hierbei auf Basis der Lizenzpreis-analogiemethode. Als Grundlage für die Berechnung der Lizenzzahlungen wird meist ein „marktüblicher“ Lizenzsatz herangezogen, der sich aufgrund verschiedener Faktoren jedoch oftmals nur schwer ermitteln lässt. Ein Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war es, diesen Sachverhalt zu analysieren und hierfür eine Lösung bereitzustellen. Unter Berücksichtigung der Knoppe-Regel und des wirtschaftlichen Potenzials des Innovationsvorhabens konnte ein nachvollziehbarer Bewertungsalgorithmus zur Ermittlung eines „fairen“ Lizenzsatzes erarbeitet werden. Der mittels einer fairen Gewinnaufteilung kalkulierte Lizenzsatz ist daher einem Ansatz von angeblich „marktüblichen“ Lizenzsätzen, die aus Vergleichen mit möglichst ähnlichen Lizenzabschlüssen hergeleitet werden, vorzuziehen.
Das erarbeitete Bewertungskonzept wurde bereits zur Bewertung von realen Innovationsvorhaben eingesetzt und dabei einer kritischen Überprüfung unterzogen. Dies geschah einerseits mit bereits auf dem Markt befindlichen Innovationen und andererseits mit innovativen Technologien, die sich noch in der Entwurfs- und Entwicklungsphase befanden. Der wesentliche Teil der zur Berechnung notwendigen Informationen und Angaben können aus den detaillierten Beschreibungen der Innovationsvorhaben und aus öffentlichen Datenbanken entnommen werden. Informationen, die darüber hinaus noch benötigt werden, haben die jeweiligen Mitarbeiter der beteiligten Firmen beigesteuert. Die Berechnung des idealtypischen Produktlebenszyklus beruht auf veröffentlichten statistischen Daten. Aufgrund des hohen Detaillierungs- und Strukturierungsgrades, der guten Verfügbarkeit der benötigten Informationen, der hohen Relevanz und der guten Einschätzbarkeit des deutschen Marktes, wurden zur Ermittlung der Umsatzzahlen Daten vom Statistischen Bundesamt für Produktionsgüter im verarbeitenden Gewerbe herangezogen.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Bewertungsmethode im Stande ist, sämtliche bewertungsrelevanten Kenngrößen, die sowohl qualitativer als auch quantitativer Natur sind, zu erfassen und im Rahmen einer gesamtwirtschaftlichen Betrachtung zu evaluieren. Dadurch können transparente und belastbare Aussagen zum Chancen-/Risikopotenzial, zum Marktvolumen, zu Umsatz-/Absatzzahlen, zum Gewinn, zum monetären Zeitwert des Innovationsvorhabens bzw. des Patentes sowie zu angemessenen Lizenzsätzen gemacht werden.
The main goal of this work was the study of the applicability of a polymer film heat exchanger concept for the applications in the chemical industry, such as the condensation of organic solvents. The polymer film heat exchanger investigated is a plate heat exchanger with very thin (0.025 – 0.1 mm) plates or films, which separate the fluids and enable the heat transfer. After a successful application of this concept to seawater desalination in a previous work, a further step is in chemical engineering, where the good chemical resistance of polymers in aggressive fluids is the challenge.
Two approaches were performed in this work. The first one was experimental and included the study of the chemical and mechanical resistance of preselected films, made of polymer materials, such as polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET) and polytetrafluoroethylene (PTFE). To simulate realistic operating conditions in a heat exchanger the films were exposed to a combined thermal (up to 90°C) and mechanical pressure loads (4-6 bar) with permanent contact with the relevant organic solvents, such as toluene, hexane, heptane and tetrahydrofuran (THF). Furthermore, a lab-scale apparatus and a full-scale demonstrator were manufactured in cooperation with two industrial partners. These were used for the investigation of the heat transfer performance for operating modes with and without phase change.
In addition to the experimental work, a coupled finite element –computational fluid dynamics (FEM-CFD)-model was developed, based on the fluid-structure-interaction (FSI). Two major tasks had to be solved here. The first one was the modelling of the condensation process, based on available mathematical models and energy balances. The second one was the consideration of the partially reversible deformation of the used film during operation. Since this deformation changes the geometry of the fluid channels also has an influence on the overall performance of the apparatus, a coupled FEM-CFD model was developed.
During the experimental study of the chemical resistance of the films, the PTFE film showed the best performance, and hence can be used for all four tested solvents. For the polyimide film, failures while exposed to THF were observed, and the PET film can only be used with water and hexane. With the used lab-scale heat exchanger and the full-scale demonstrator competitive overall heat transfer coefficients between 270 W/m²K and 700 W/m²K could be reached for the liquid-liquid (water-water, water-hexane) operation mode without phase change. For the condensation process, overall heat transfer coefficients of up to 1700/m²K could be obtained.
The numerical approach led to a well-functioning coupled model in a very small scale (1 cm²). An upscale, however, failed due to enormous hardware resources necessary required for the simulation of the entire full-scale demonstrator. The main reason for this is the very low thickness of the films, which leads to tiny mesh element sizes (<0.05 mm) necessary to model the deformation of the film. The modelling of the liquid-liquid heat transfer provided an acceptable accuracy (approx. 10%), but at very low rates the deviations were then higher (over 30%). The results of the condensation modelling were ambivalent. One the one hand a physically plausible model was developed, which could map the entire condensation process. On the other hand, the corresponding energy balance revealed major inaccuracy and hence could not be used for the determination of the overall heat transfer and showed the current limits of the FEM-CFD approach.
Kurzkettige Olefine wie Ethen, Propen und Butene haben eine große Bedeutung als Basisbausteine der chemischen Industrie. Vor allem der Bedarf an Propen ist in den letzten Jahren deutlich gewachsen. Bislang wird Propen primär im Steamcracker (SC) und im "Fluid Catalytic Cracking" (FCC) gewonnen. Allerdings kann der zukünftige Bedarf durch diese beiden Prozesse alleine nicht gedeckt werden. Neue, sogenannte "on-Purpose"-Propen-Technologien müssen daher etabliert werden. Dabei werden unterschiedliche Möglichkeiten verfolgt, etwa der "Methanol-to-Olefins" (MTO) Prozess, die Propandehydrierung und die Metathese von Ethen und 2-Buten. Ein weiterer möglicher Ansatz ist die zusätzliche Steigerung der Ausbeute an leichten Olefinen im FCC-Prozess. Ein wichtiger Schritt auf diesem Wege war die kommerzielle Nutzung des mittelporigen Zeoliths ZSM-5 als Additiv zum Basiskatalysator ab 1983. Dieser ermöglicht eine deutlich gesteigerte Ausbeute an leichten Olefinen gegenüber dem bis dato genutzten unmodifizierten Crackkatalysator, welcher auf dem weitporigen Zeolith Y basiert.
Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung anderer mittelporiger Zeolithe hinsichtlich ihrer Aktivität und Selektivität beim katalytischen Cracken von n-Octan, welches als Modellkohlenwasserstoff für Naphtha verwendet wurde. Dabei sollten drei wichtige Charakteristika der Zeolithe untersucht werden: Der Einfluss der Porenarchitektur, des n(Si)/n(Al)-Verhältnisses sowie der Morphologie und der Kristallitgröße. Zuletzt wurde die Auswirkung einer Imprägnierung mit Phosphor untersucht, einer gängigen Methode zur Stabilisierung von Zeolith ZSM-5 gegen eine Dealuminierung im FCC-Prozess.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurden fünf unterschiedliche mittelporige Zeolithe hergestellt und mittels Ionenaustausch in ihre Brønsted-saure Form überführt. Charakterisiert wurden die Katalysatoren mittels Pulver-Röntgendiffraktometrie, Stickstoff-Physisorption, Atom-absorptionsspektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Festkörper-MAS-NMR-Spektroskopie (1H, 27Al, 29Si, 31P). Gegenstand waren die drei eindimensionalen Porensysteme der Zeolithe ZSM-22 (TON), ZSM-23 (MTT) und EU-1 (EUO) sowie Zeolith ZSM-57 (MFS) mit einem zweidimensionalen Porensystem. Zeolith ZSM-5 (MFI), welcher ein dreidimensionales Porensystem aufweist, wurde als Referenzmaterial benutzt. Alle Zeolithe wurden zwecks guter Vergleichbarkeit mit ähnlichem n(Si)/n(Al)-Verhältnis von circa 20 bis 30 hergestellt, mit Ausnahme von Zeolith HZSM-23 der im n(Si)/n(Al)-Verhältnis 45 synthetisiert wurde. Es zeigte sich, dass die vergleichsweise engen eindimensionalen Porensysteme der Zeolithe HZSM-22 und HZSM-23 eine höheren Anteil an monomolekularen Cracken gegenüber bimolekularen Cracken aufweisen. Damit erbrachten sie eine gesteigerte Selektivität zu leichten Olefinen. Bei vergleichbaren Aktivitäten der beiden Katalysatoren mit denjenigen von Zeolith HZSM-5 wurde eine deutliche Steigerung der Ausbeute an Propen und Butenen beobachtet. Daneben ergaben beide Katalysatoren gegenüber Zeolith HZSM-5 deutlich geringere Ausbeuten an Aromaten. Diese entstehen zu großen Teilen durch Dehydrocyclisierung von Propen und Butenen. Daher kann eine niedrige Selektivität zu Aromaten die Selektivität zu Olefinen weiter erhöhen. Auch Zeolith HZSM-57 zeigte aufgrund seines zweidimensionalen 10 x 8-Porensystems eine Steigerung der Ausbeute an leichten Olefinen, wenngleich diese deutlich geringer ausfiel im Vergleich zu den Zeolithen HZSM-22 und HZSM-23. Im Falle des Zeoliths HEU-1 wurde im Gegensatz dazu eine Verringerung der Ausbeute an leichten Olefinen beobachtet. Die großen 12-Ring-Seitentaschen dieser Struktur bieten genug Raum für bimolekulare Reaktionen, unter anderem für die im bimolekularen Crackmechanismus nötigen Hydridtransfer-Reaktionen. Zudem wirken diese Seitentaschen als "trapping cages". Größere Produkte werden zwar gebildet, diese können den Zeolith durch die deutlich kleineren 10-Ring-Poren aber nicht mehr verlassen und verbleiben daher als Koksablagerung in den Seitentaschen. Letztendlich führte dies zu einer äußerst zügigen Desaktivierung des Katalysators bei den durchgeführten Laufzeitmessungen. Allgemein stellt die deutlich schneller fortschreitende Desaktivierung der eindimensionalen Porensysteme von Zeolith HZSM-22 und Zeolith HZSM-23 einen Nachteil dar gegenüber dem laufzeitstabileren Zeolith HZSM-5 mit seinem dreidimensionalen Porensystem. Dennoch konnte durch die engere Porenarchitektur der eindimensionalen Porensysteme letztendlich eine deutliche Steigerung der Ausbeute an leichten Olefinen bei einer vergleichbaren Aktivität beobachtet werden.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der Einfluss des n(Si)/n(Al)-Verhältnisses untersucht und damit verbunden auch die Anzahl an aktiven Zentren im Zeolith. Dabei wurden Zeolith HZSM-22, welcher sich in der Untersuchung unterschiedlicher Porenarchitekturen als bester Katalysator herausstellte sowie Zeolith HZSM-5 als Referenz in unterschiedlichen n(Si)/n(Al)-Verhältnissen von 25 bis 100 synthetisiert. Es zeigte sich, dass die Aktivität für Zeolith HZSM-5 mit steigendem n(Si)/n(Al)-Verhältnis zwar leicht abnimmt, der Zeolith aber selbst mit niedrigerem Aluminiumgehalt noch eine hohe Aktivität aufweist. Zusätzlich stieg die Selektivität zu leichten Olefinen mit steigendem n(Si)/n(Al)-Verhältnis kontinuierlich an, wohingegen die Selektivität zu Aromaten deutlich zurückging. Somit ergab sich ein Optimum im n(Si)/n(Al)-Verhältnis für eine maximale Ausbeute an Propen. Im vorliegenden Fall befand sich dieses bei ca. 76. Im Falle von Zeolith HZSM-22 wurde ein stärkerer Rückgang der Aktivität mit sinkendem Aluminiumgehalt beobachtet. Dies führte zu einem deutlichen Rückgang der Ausbeuten an Ethen und Propen. Im Gegensatz dazu blieb die Ausbeute an Butenen in einem gewissen n(Si)/n(Al)-Bereich trotz des sinkenden Umsatzes annähernd konstant. Aufgrund des deutlichen Rückgangs der Aktivität mit steigendem n(Si)/n(Al)-Verhältnis kann festgehalten werden, dass Zeolith HZSM-22 die höchste Ausbeute an leichten Olefinen mit den niedrigsten hier untersuchten n(Si)/n(Al)-Verhältnissen von 26 bzw. 35 erbrachte.
Im dritten Teil dieser Arbeit wurden verschiedene Methoden zur Variation der Kristallitgröße für Zeolith HZSM-22 untersucht sowie der Einfluss der sich daraus ergebenden unterschiedlichen Morphologie auf das katalytische Cracken. Durch Variation der Base (engl. "Mineralizer"), des eingesetzten Templates, der Kristallisationsbedingungen sowie durch die Verwendung von Triethanolamin als keimbildungshemmendem Additiv (engl. "nucleation suppressing agent") konnte Zeolith HZSM-22 in n(Si)/n(Al)-Verhältnissen von 30 und 100 mit unterschiedlichen Kristallitgrößen von <0,5 µm bis >10 µm synthetisiert werden. Die Charakterisierung ergab Hinweise darauf, dass die unterschiedlichen Modifikationen der Synthese Einfluss auf die relative Verteilung des Aluminiums auf die kristallographisch unterschiedlichen T-Positionen im Zeolith haben können. Eine möglicherweise ebenso vorliegende inhomogene Verteilung des Aluminiums im Zeolithkristallit (engl. "Zoning") konnte dabei ebenfalls nicht ausgeschlossen werden. Grundsätzlich zeigten die größeren Kristallite eine schnellere Desaktivierung des Katalysators gegenüber den kleineren Kristalliten. Hervorgerufen wird dies unter anderem durch die geringere spezifische äußere Oberfläche und damit verbunden der geringeren Anzahl an Poreneingängen pro Masse an Katalysator. Dadurch wirkte sich die Blockierung der Poreneingänge durch Ablagerungen an Koks deutlicher auf die Abnahme der Aktivität aus. Trotz teilweise unterschiedlicher Aktivität zeigten alle Katalysatoren eine vergleichbare Selektivität für die verschiedenen Produkte. Ein signifikanter Einfluss der Kristallitgröße auf die Produktverteilung konnte nicht beobachtet werden. Tendenziell schienen größere Kristallite aber eine höhere Selektivität für Aromaten aufzuweisen, was sich durch eine gestiegene Verweilzeit innerhalb des Zeoliths aufgrund der längeren Diffusionswege erklären lässt. Mögliche Folgereaktionen der gebildeten Olefine werden scheinbar durch die gestiegene Verweilzeit im Katalysator gefördert.
Im letzten Teil dieser Arbeit wurde der Einfluss einer Imprägnierung des Zeoliths mit Phosphor auf die Aktivität und Selektivität von HZSM-22 und HZSM-5 untersucht. Hierbei lag der Fokus auf der Auswirkung einer Imprägnierung mit Phosphor auf die Aktivität und Selektivität der Katalysatoren zu Beginn ihrer Verwendung, das heißt als frisch eingesetzter Katalysator. Für Zeolith HZSM-5 zeigte sich, dass bis zu einer gewissen Beladung mit Phosphor die Aktivität des Katalysators größtenteils erhalten blieb. Zeitgleich stieg die Selektivität zu leichten Olefinen deutlich an, während die Selektivität zu Aromaten abnahm. Erst bei höheren Beladungen verringerte sich die Aktivität zusehends und damit auch die Ausbeute an leichten Olefinen. Grund hierfür ist die teilweise Dealuminierung des Zeoliths durch die eingebrachten Phosphatgruppen. Diese wurde insbesondere mittels 27Al-MAS-NMR-Spektroskopie erfasst, welche die massive Abnahme tetraedrisch-koordinierten Aluminiums bei steigender Beladung mit Phosphor anzeigt. Es ist aus der Literatur bekannt, dass je nach gewähltem n(Si)/n(Al)-Verhältnis ein Optimum an Aktivität und Selektivität bei einer bestimmten Beladung mit Phosphor zu erwarten ist. Im vorliegenden Fall mit n(Si)/n(Al) = 30 lag dieses im Bereich von 2 Gew.-% Phosphor. Im Falle von Zeolith HZSM-22 zeigte die Charakterisierung, dass selbst bei einer relativ geringen Beladung mit 0,5 bzw. 1 Gew.-% Phosphor offenbar die Poreneingänge des Zeoliths durch die eingebrachten Phosphatgruppen bereits weitgehend blockiert bzw. stark verengt wurden. Dies ging insbesondere aus der durchgeführten Stickstoff-Physisorption (BET) hervor, welche deutlich gesunkene spezifische Oberflächen und spezifische Porenvolumina für die modifizierten Katalysatoren ergaben. Sowohl die Pulver-Röntgendiffraktogramme als auch die Analyse durch MAS-NMR-Spektroskopie zeigte, dass die modifizierten Katalysatoren Großteils in ihrer Struktur erhalten blieben. Jedoch verdeutlichten die 27Al-MAS-NMR-Spektren auch hier eine zunehmende Dealuminierung des Zeoliths mit steigender Phosphorbeladung. Die Blockierung bzw. Verengung der Poreneingänge sorgte aufgrund des eindimensionalen Porensystemes für einen deutlichen Rückgang der Aktivität durch die P-Modifikation und damit verbunden auch der Ausbeute an leichten Olefinen. Für beide untersuchten Zeolithe HZSM-5 und HZSM-22 zeigte der Vergleich der Ergebnisse mit den jeweiligen Ergebnissen aus der Untersuchung verschiedener n(Si)/n(Al)-Verhältnisse, dass bei vergleichbaren Umsätzen die P-modifizierten und die nicht-modifizierten Katalysatoren ähnliche Produktverteilungen aufwiesen. Die veränderte Selektivität durch die Imprägnierung mit Phosphor scheint folglich zu einem gewissen Teil auch auf der niedrigeren Aktivität und der sinkenden Anzahl an Aluminium-T-Positionen bzw. aktiver Zentren zu basieren. Jedoch scheint auch die veränderte Säurestärke und die Verringerung des im Zeolith zur Verfügung stehenden Raumes durch die sperrigen Phosphatgruppen einen zusätzlichen Effekt auf die Produktverteilung zu haben.
In this thesis we address two instances of duality in commutative algebra.
In the first part, we consider value semigroups of non irreducible singular algebraic curves
and their fractional ideals. These are submonoids of Z^n closed under minima, with a conductor and which fulfill special compatibility properties on their elements. Subsets of Z^n
fulfilling these three conditions are known in the literature as good semigroups and their ideals, and their class strictly contains the class of value semigroup ideals. We examine
good semigroups both independently and in relation with their algebraic counterpart. In the combinatoric setting, we define the concept of good system of generators, and we
show that minimal good systems of generators are unique. In relation with the algebra side, we give an intrinsic definition of canonical semigroup ideals, which yields a duality
on good semigroup ideals. We prove that this semigroup duality is compatible with the Cohen-Macaulay duality under taking values. Finally, using the duality on good semigroup ideals, we show a symmetry of the Poincaré series of good semigroups with special properties.
In the second part, we treat Macaulay’s inverse system, a one-to-one correspondence
which is a particular case of Matlis duality and an effective method to construct Artinian k-algebras with chosen socle type. Recently, Elias and Rossi gave the structure of the inverse system of positive dimensional Gorenstein k-algebras. We extend their result by establishing a one-to-one correspondence between positive dimensional level k-algebras and certain submodules of the divided power ring. We give several examples to illustrate
our result.
Transversales Imprägnierverhalten textiler Verstärkungsstrukturen für Faser-Kunststoff-Verbunde
(2017)
Bei Harzinjektionsverfahren wird eine trockene Faserstruktur mit einem reaktiven
Harzsystem imprägniert, um einen Faser-Kunststoff-Verbund herzustellen. Dabei
gewinnen Verfahren an Bedeutung bei denen die Imprägnierung hauptsächlich
transversal, also senkrecht zur Bauteil- und Textilebene, stattfindet. Sie bergen im
Vergleich zur Imprägnierung in der Ebene ein großes Potenzial zur Fließweg- und
damit Zykluszeitreduktion. Allerdings behindern strömungsinduzierte Textildeformationen
die volle Ausschöpfung dieses Potenzials. Im Rahmen der Arbeit wurde ein
neues Messsystem entwickelt, welches die gezielte Untersuchung des transversalen
Imprägnierverhaltens von Textilien ermöglicht. Erstmalig wurde eine Dickenpermeabilitätsmessung
mit einer simultanen Echtzeiterfassung der strömungsinduzierten
Textilkompaktierung kombiniert. So konnte das Textilverhalten prozessnah untersucht
werden. Mit dem neuen Messsystem wurden anhand exemplarischer Textilien
(Glasfasergewebe und –gelege) zahlreiche Einflüsse auf das transversale Imprägnierverhalten
identifiziert. Diese ergeben sich aus dem Prozess (z. B. Injektionsdruck),
der Textilarchitektur (z. B. Garntiter) und dem Preforming (z. B. Bindern).
Vor allem konnte gezeigt werden, dass eine Erhöhung des Injektionsdrucks, aufgrund
von Textildeformationen, nicht zwingend zu einer Imprägnierzeitreduktion
führt. Unkenntnis über das transversale Imprägnierverhalten von Textilien stellt daher
ein großes Risiko für die Prozesseffizienz und –robustheit dar, denn meist werden
nicht die zykluszeitoptimalen Parameter gewählt. Hingegen kann entsprechendes
Know-How zur gezielten Parameterfestlegung genutzt werden. Die Parameterstudie
zeigt weiterhin auf, wie das transversale Imprägnierverhalten durch Anpassung der
Textilarchitektur oder gezieltes Preforming hinsichtlich einer minimalen Imprägnierzeit
optimiert werden kann. Die Ergebnisse wurden in Richtlinien für die Definition
von Prozess- und Materialparametern sowie für die Nutzung von Preformingtechnologie
für transversale Imprägnierprozesse zusammengefasst. Abschließend wurden
die entwickelten Richtlinien validiert, indem exemplarisch ein für Strukturbauteile typischer
Lagenaufbau anhand der Richtlinien angepasst wurde, um ihn hinsichtlich
des transversalen Imprägnierverhaltens zu optimieren.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von Absorptionseigenschaften und elektronischer Kurzzeit-Dynamik von organischen Farbstoffmolekülen und supramolekularen Photokatalysatoren in der Gasphase. Dabei wurde erstmals sehr intensiv ein eine relativ unbekannte experimentelle Methode eingesetzt, nämlich die zeitaufgelöste, pump-probe (Anregung-Abfrage) Photofragmentations-Spektroskopie. Die Kombination eines kommerziellen Quadrupol Ionenfallen Massenspektrometers mit einem Femtosekunden Lasersystem erlaubt es die intrinsischen, elektronischen Eigenschaften molekularer, ionischer Systeme abzubilden. Neben Populationsdynamik angeregter Zustände wurden erstmals Schwingungs- und Rotationswellenpaket-Dynamik mit dieser Methode beobachtet und dokumentiert.
Im ersten Teil der Arbeit werden die Ergebnisse der Untersuchungen an einigen ausgewählten Fluoresecein-Derivaten und eines Carbocyanin-Farbstoffes präsentiert. Obwohl diese Modellsysteme zunächst nur dem Zweck dienen sollten die Möglichkeiten des experimentellen Aufbaus zu evaluieren, ergaben die Untersuchungen weiterhin tiefgreifende Einblicke in die elektronische Struktur isolierter organischer Farbstoffe, die bis heute in Literatur nicht dokumentiert worden sind.
Der zweite Teil befasst sich mit der Untersuchung an drei supramolekularen, ionischen Systemen zur photokatalytischen Wasserstofferzeugung. Dabei dienten wieder zwei der Systeme dem Zweck den experimentellen Aufbau zu evaluieren. Neben der elektronischen Populationsdynamik wurde mittels polarisationsabhängiger Messungen weitere Einblicke in den Elektronentransferprozess erhalten – ein Kernpunkt in der Wirkweise supramolekularer Katalysatoren. Die neugewonnen Erkenntnisse wurden schließlich verwendet um einen neuartigen Katalysator zu untersuchen. Dabei stellte sich heraus, dass die Labilität der Ligandensphäre am katalytischen Metallzentrum Untersuchungen am intakten System in Lösung stark beeinträchtigt und somit nur aussagekräftige Ergebnisse mittels einer Gasphasen Methode, einer wie der hier verwendeten, erhalten werden können.
Die experimentellen Ergebnisse werden unterstützt durch quantenchemische Berechnungen von energetischen Minimum-Strukturen, den Strukturen von Übergangszuständen, sowie der Berechnung von Schwingungs- und UV/Vis-Absorptionsspektren mittels (zeitabhängiger) Dichtefunktionaltheorie (DFT & TD-DFT).