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Der Schwerpunkt dieser Bachelorarbeit liegt auf dem Transfer von theoretischen Grundannahmen der Motivationspsychologie zu konkreten Handlungsleitlinien für den schulischen Unterricht. Dazu muss geklärt werden, welche Prozesse den Menschen dazu veranlassen, aktiv zu agieren oder eben nicht, also inaktiv und unbeteiligt zu sein. Des Weiteren wird herausgearbeitet, auf welche Art und Weise Lehrer/innen auf diesen Prozess positiv und zielgerichtet einwirken können.
Da das Feld der Motivationspsychologie durch viele verschiedene Konzepte ge- kennzeichnet ist, bezieht sich diese pädagogische Arbeit auf eine bestimmte Theo- rie. Für die heutige Unterrichtspraxis erscheint die Selbstbestimmungstheorie1 von Edward L. Deci und Richard M. Ryan, zwei Psychologen von der Universität Ro- chester2, sehr geeignet. Sie enthält Annahmen, die gut zu der ‚neueren Lernkultur’3 passen. Die SBT umschreibt das Phänomen der Motivation nicht nur sehr umfang- reich, sondern ist auch eine anerkannte und sich ständig aktualisierende Theorie. Aufgrund dieser motivationstheoretischen Grundannahmen werden praktische Umsetzungsmöglichkeiten abgeleitet und dargelegt. Es handelt sich in dieser Ba- chelorarbeit also um die Übertragung der Selbstbestimmungstheorie von Deci und Ryan auf die Unterrichtspraxis. Doch kann diese Ausarbeitung auch für an- dere Personen, die mit Menschen zu tun haben, von Interesse sein. Denn das Wissen über Motivation, gerade im Falle der SBT, ist auch eine Erkenntnis über menschliches Verhalten und die damit zusammenhängende, fortlaufende Persön- lichkeitsentwicklung.
Um die bei modernen stationären Industriegasturbinen geforderten Leistungsdichten bei hohem Wirkungsgrad zu erreichen, werden sehr oft transsonische Axialkompressoren eingesetzt. Neben vielen Vorteilen, haben sie eine erhöhte Sensibilität gegenüber Ungleichförmigkeiten im Geschwindigkeits- und Druckprofil der Zuströmung als entscheidenden Nachteil. Da diese Ungleichförmigkeiten direkt von der Gestaltung des Einlaufgehäuses mitbestimmt werden, spielt das Design eine außerordentlich wichtige Rolle bei der Auslegung der Gesamtmaschine. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Strömungen in der ersten Transsonikstufe eines mehrstufigen Axialverdichters und untersucht deren Wechselwirkung mit den Strömungen im Einlaufgehäuse. Durch die Geometrie des Einlaufgehäuses, welche die Strömung in den meisten Fällen von vertikaler in horizontale Richtung umlenkt, entstehen Ungleichförmigkeiten im Strömungsprofil, die den Druckaufbau, den Wirkungsgrad und den stabilen Betriebsbereich der Maschine einschränken können. Zusätzlich können stärkere Blattschwingungen auftreten, die die mechanische Beanspruchung der Rotorstruktur erhöhen. Mit Hilfe der numerischen Strömungsmechanik werden drei verschiedene Einlaufgehäuse untersucht, um festzustellen, welche Strömungsungleichförmigkeiten auftreten und wie diese die Strömung in der Transsonikstufe beeinflussen. Zwei der drei Varianten sind um 90° umlenkend und entsprechen denen, wie sie in realen Gasturbinen eingesetzt werden. Dabei ist eine Variante strömungstechnisch optimiert, die andere im Sinne einer möglichst einfachen Fertigung gestaltet. Die dritte Variante ist ein rein axiales Gehäuse mit einer eingebauten Versperrung, um zu untersuchen, wie gut sich Strömungsungleichförmigkeiten, die in einem radial umlenkenden Einlaufgehäuse einer stationären Gasturbine entstehen, durch Einbauten simulieren lassen. Desweiteren bietet sich diese Simulation an, da das Einlaufgehäuse zusammen mit dem 5-stufigen Axialkompressor auf einem Prüfstand vermessen wurde und so ein Vergleich mit Messwerten möglich ist. Die Simulationen haben gezeigt, dass es möglich ist, mit einem aerodynamisch günstig gestalteten Einlaufgehäuse Zuströmbedingungen zu erzeugen, die in der darauffolgenden Transsonikstufe nicht zu nennenswerten Einschränkungen in Wirkungsgrad, Druckverhältnis und Betriebsbereich führen. Eine Parameterstudie mit verschiedenen axialen Baulängen hat gezeigt, dass eine Verkürzung des Einlaufgehäuses durchgeführt werden kann, ohne zusätzliche Verluste in Kauf nehmen zu müssen. Erst bei Unterschreitung eines kritischen Maßes kommt es zu deutlichen Verlusten und einer Reduktion des Druckverhältnisses. Hier ist eine Anpassung der Vorleitreihe nötig, um den geänderten Zuströmbedingungen der Vorleitreihe hinter der verkürzten Einlaufgehäusevariante Rechnung zu tragen. Die zweite radial umlenkende Einlaufgehäusevariante ist aus aerodynamischer Sicht ungünstiger gestaltet. Hier zeigen die Simulationen, dass sich im Einlaufgehäuse Wirbel ausbilden, die zum einen im Einlaufgehäuse selbst und zum anderen in der Transsonikstufe hohe Verluste hervorrufen. Darüber hinaus kommt es zu einer Abnahme des Stufendruckverhältnisses, und es ist auch mit negativen Auswirkung auf folgende Stufen zu rechnen, da die Wirbel hinter der ersten Stufe immer noch abgeschwächt vorhanden sind. Obwohl die hinter einem radial umlenkenden Einlaufgehäuse entstehenden Geschwindigkeitsprofile komplex sind, lassen sie sich auch in einem axialen Einlaufgehäuse durch Einbauten simulieren. Auch wenn sich die verschiedenen Verlustentstehungsmechanismen gegenseitig beeinflussen und eine exakte Trennung nicht möglich ist, konnte mit einer groben Abschätzung festgestellt werden, wie groß der Anteil der Stoß- und Spaltverluste an den Gesamtverlusten ist. So haben beispielsweise im Auslegungspunkt nur etwa 15 % der Verluste ihre Ursache in den Verdichtungsstößen, und weniger als 10 % der Verluste sind auf die Spaltströmung zwischen Rotorblattspitze und Gehäuse zurückzuführen. Mit fast 80 % entsteht der überwiegende Anteil der Verluste in den Profil- und Seitenwandgrenzschichten. Die berechneten Strömungs- und Druckprofile zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den durchgeführten Messungen.
Der erhebliche Anstieg an Penicillin-resistenten Bakterienstämmen stellt ein weltweit immer größer werdendes Problem in der Medizin dar. Für die Bekämpfung solcher resistenten Stämme ist es wichtig, die Entstehung und den Mechanismus der Penicillin-Resistenz auf molekularer Ebene zu verstehen und dadurch Targets für neue Klassen antimikrobieller Wirkstoffe zu identifizieren. Die Lösung dieser Problemstellung war somit der Schwerpunkt der Untersuchungen in der vorliegenden Arbeit. Die Arbeit befasste sich mit der Übertragung der beta-Laktam-Resistenz von einem hochresistenten klinischen S. oralis Isolat aus Ungarn auf den sensitiven S. pneumoniae R6 Stamm. Dabei sollte durch Transformationsexperimente überprüft werden, ob und wie weit S. oralis als Donor für die Penicillin-Resistenz in S. pneumoniae fungieren kann und welche Gene dabei eine Rolle spielen. Solche Experimente bilden die Grundlage für das bessere Verständnis der Evolution und Ausbreitung der beta-Laktam-Resistenz in kommensalen und pathogenen Streptokokken. Durch sukzessive DNA-Transformation konnte der Resistenzphänotyp des Donorstammes zu einem hohen Grad in den sensitiven S. pneumoniae Stamm R6 übertragen werden. Von Interesse war zunächst, welche S. oralis PBPs dabei eine Rolle spielen. Für die bekannten Resistenzdeterminanten PBP2x, PBP2b und PBP1a konnte nachgewiesen werden, dass sie auch hier einen entscheidenden Beitrag für die Resistenzentwicklung leisten. Nach insgesamt sechs aufeinanderfolgenden Transformationsstufen mit chromosomaler S. oralis DNA konnte das Resistenzniveau des Rezipienten ca. 600- bis 700-fach erhöht werden; PBPs waren nur bei den ersten drei Stufen beteiligt. Microarray-Analysen mit DNA der Transformanten gaben Hinweise darauf, welche anderen Gene übertragen wurden und erlaubten in einem Fall die Identifizierung einer neuen Resistenzdeterminante: MurE. Die gesamte Resistenz des Donors konnte nicht in S. pneumoniae übertragen werden; die Gründe hierfür sind denkbar vielfältig und wurden in der Diskussion aufgegriffen. Die Charakterisierung der Nicht-PBP-Resistenzdeterminate MurE standen nach deren Identifizierung im Mittelpunkt der Analysen in der vorliegenden Arbeit. Die Selektion von beta-Laktam-resistenten Transformanten mit modifiziertem MurE zeigten zum ersten Mal die Rolle dieses Proteins in der Entwicklung der Penicillin-Resistenz in S. pneumoniae. Austausche in diesem Gen führten zu einer ca. 3- bis 5-fachen Erhöhung der Resistenz gegenüber Cefotaxim und Piperacillin und bewirkten einen 40-fachen Anstieg der Cefotaxim-Resistenz und 20-fachen Anstieg der Oxacillin-Resistenz in Verbindung mit einem Mosaik-PBP2x. In Verbindung mit einem Mosaik-PBP2b führte das ausgetauschte MurE zu einem 20-fachen Anstieg der Piperacillin-Resistenz. Durch Herstellung von Stämmen mit ektopischer Kopie von murE mit unterschiedlichen Promotor- und Genfragmenten und anschließender Deletion des Wildtyp-Allels im Genom konnte nachgewiesen werden, dass sowohl veränderte Bereiche im Strukturgen als auch der murE-Promotorbereich von S. oralis Uo5 zu einem Anstieg der Resistenz in S. pneumoniae führen. Einige der Veränderungen, die Aminosäuren betreffen, sind in der Nähe des aktiven Zentrums lokalisiert und könnten die Bindung zum Substrat bzw. ATP beeinflussen. Die Bestimmung der Promotoraktivität von murE aus S. oralis Uo5 und S. pneumoniae R6 ergab, dass das Gen aus S. oralis etwa zweifach stärker exprimiert wird. Die stärkere Expression von murE hat allerdings keinen Einfluss auf die Produktion von PBP2x, PBP1a oder PBP2b, wie durch spezifische Antikörper und Western-Blots für alle drei PBPs festgestellt werden konnte. Dies konnte auch mit Hilfe von Reporter-Assays zur Bestimmung der Promotoraktivität von pbp2x bestätigt werden. Signifikante Veränderungen in der Zellwandzusammensetzung der murE-Transformanten konnten ebenfalls nicht beobachtet werden. Eine Hypothese geht davon aus, dass sowohl die erhöhte Promotoraktivität als auch die Mutationen im Strukturprotein dasselbe bewirken, nämlich die Bereitstellung von mehr MurE-Produkt (durch mehr Enzym oder durch aktiveres Enzym). Möglicherweise ist dadurch der Pool an Muropeptidvorstufen erhöht, was wiederrum Einfluss auf die Mureinbiosynthese hat und somit ein besseres Wachstum in Gegenwart von beta-Laktamen erlaubt, d.h. unter den hier verwendeten Selektions- und Testbedingungen.
Mit dem vorliegende Projekt sollten die Voraussetzungen dafür geschaffen werden, filigrane Fassadenplatten aus Hochleistungsbeton im Fertigteilbau realisieren zu können. Konventionelle Befestigungsmittel (Dübel, Anker) scheiden wegen der geringen Materialstärke weitgehend aus. Bestehende Systeme mit Klebtechnik erfordern eine aufwändige metallische Unterkonstruktion aus nichtkorrosivem Material. Zudem erweist sich die Montage als schwierig, sodass sich diese Systeme in der Praxis bisher nicht durchgesetzt haben. Die hier vorgeschlagene Lösung baut auf eine punktförmige Befestigung der Fassadenplatten mittels Klebtechnik auf. Die Klebanker (d = 12 mm) aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GfK) werden zusammen mit einer Tragschale und Wärmedämmung hergestellt und dann mittels Wendetechnik im Fertigteilwerk rückseitig auf die Fassadenplatten geklebt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiger Über- und Unterdruckversuchsstand entwickelt. Zusätzlich wurden neue Zug-, Scher- und Interaktions-Versuchsstände für Klebversuche an Platten konzipiert. Die Biegezugfestigkeit des Glasfaserbetons wurde in Abhängigkeit von der Zeit untersucht. Das Trag- und Verformungsverhalten der GfK-Stäbe wurde in Abhängigkeit von der Zeit ausgewertet und ausgewählt. Wie die Untersuchungen zeigen, können bis zu 2,7 x 3,5 m große Fassadenplatten realisiert werden, wenn die Klebanker einen Gelenkkopf erhalten, der die Verformungsbehinderung der Fassadenplatte reduziert. Das Langzeittragverhalten der GfK-Anker, das aus dem Zulassungsverfahren der verwendeten Schöck ComBAR® bekannt ist, wurde berücksichtigt. Ein Ankerraster von 500 x 500 mm hat sich als wirtschaftlich sinnvoll ergeben. Für die Fassadenplatten werden wegen der besseren Tragfähigkeit der Klebverbindung hochfeste Betone „Referenzbeton 1“ den Glasfaserbetonen „Referenzbeton 2“ vorgezogen. Fertigungsbedingte Schwankungen der Klebfugendicke im Bereich von 1 mm bis 5 mm können ohne signifikante Festigkeitseinbußen toleriert werden. Die durchgeführten mechanischen Versuche und Berechnungen zeigen, dass die Standsicherheit des Fassadensystems bei entsprechender Dimensionierung der Klebflächen gegeben ist.
Zum Tragverhalten von Stahlbetonplatten ohne Querkraftbewehrung mit integrierten Leitungsführungen
(2010)
In der vorliegenden Arbeit wird das Querkrafttragverhalten von einachsig gespannten Stahlbetondecken mit integrierten Leitungsführungen untersucht. Anhand zahlreicher Traglastversuche an Deckenstreifen mit unterschiedlicher Öffnungsgeometrie, -lage und -gruppierung sowie variierender Deckendicken konnte die Reduzierung der Querkrafttragfähigkeit experimentell nachgewiesen werden. Die Versuche wurden mit einem zweidimensionalen FE-Modell, welches an Hand der experimentellen Ergebnisse kalibriert wurde, nachgebildet. Anschließend wurde mit Hilfe des Modells eine Parameteruntersuchung durchgeführt, worin die Parameter Plattendicke, Öffnungsdurchmesser und Lage der Öffnung im Querschnitt variiert wurden. Die Ergebnisse der experimentellen und rechnerischen Untersuchungen dienten zur Definition eines Abminderungsfaktors, der die Reduktion der Querkrafttragfähigkeit infolge der Öffnungen im Deckenquerschnitt beschreibt. Mit dem im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Modell konnten die Grundlagen für eine ingenieurmäßige Querkraftbemessung von Stahlbetondecken mit integrierter Leitungsführung geschaffen werden.
In der vorliegenden Arbeit wird das Tragverhalten von durchlaufenden stahlfaserbewehrten Stahlverbunddecken analysiert. Auf der Basis von experimentellen und rechnerischen Untersuchungen werden zwei Bemessungsmodelle entwickelt. Anhand der experimentellen Untersuchungen an einfeldrigen und durchlaufenden stahlfaserbewehrten Verbunddecken werden Aufschlüsse über das Trag- und Verformungsverhalten der Decken gewonnen. Dabei werden sowohl offene trapezförmige als auch hinterschnittene Profilbleche verwendet. Auf eine konventionelle Betonstahlbewehrung wird gänzlich verzichtet. Das Stützmoment wird vom Stahlfaserbeton alleine aufgenommen. In vier Versuchsserien mit insgesamt 18 Versuchen werden einzelne Parameter wie z. B. unterschiedliche Deckenstärken, unterschiedliche Profilblechgeometrien sowie unterschiedliche Stahlfaserbetonmischungen untersucht. Für die Berechnung und Bemessung werden die im Verbundbau üblichen Nachweisverfahren aufgegriffen und modifiziert. Die Traganteile des Stahlfaserbetons werden über den Ansatz von Spannungsblöcken implementiert. Bei der Nachrechnung der einzelnen Versuche zeigt sich die Eignung der Verfahren. Für die einzelnen Nachweise werden in Parameterstudien Bemessungsdiagramme und –tabellen erstellt, die dem anwendenden Ingenieur ein einfaches und sicheres Bemessen ermöglichen. Anhand der experimentellen Ergebnisse und der rechnerischen Untersuchungen werden zwei mögliche Bemessungsmodelle entwickelt, mit denen die Tragfähigkeit von stahlfaserbewehrten durchlaufenden Verbunddecken nachgewiesen werden kann. Dabei kann der Nachweis entweder nach den Verfahren Elastisch-Plastisch oder Plastisch-Plastisch erfolgen.
We consider a highly-qualified individual with respect to her choice between two distinct career paths. She can choose between a mid-level management position in a large company and an executive position within a smaller listed company with the possibility to directly affect the company’s share price. She invests in the financial market includ- ing the share of the smaller listed company. The utility maximizing strategy from consumption, investment, and work effort is derived in closed form for logarithmic utility. The power utility case is discussed as well. Conditions for the individual to pursue her career with the smaller listed company are obtained. The participation constraint is formulated in terms of the salary differential between the two posi- tions. The smaller listed company can offer less salary. The salary shortfall is offset by the possibility to benefit from her work effort by acquiring own-company shares. This gives insight into aspects of optimal contract design. Our framework is applicable to the pharma- ceutical and financial industry, and the IT sector.
We introduce a class of models for time series of counts which include INGARCH-type models as well as log linear models for conditionally Poisson distributed data. For those processes, we formulate simple conditions for stationarity and weak dependence with a geometric rate. The coupling argument used in the proof serves as a role model for a similar treatment of integer-valued time series models based on other types of thinning operations.
We present a two-scale finite element method for solving Brinkman’s and Darcy’s equations. These systems of equations model fluid flows in highly porous and porous media, respectively. The method uses a recently proposed discontinuous Galerkin FEM for Stokes’ equations byWang and Ye and the concept of subgrid approximation developed by Arbogast for Darcy’s equations. In order to reduce the “resonance error” and to ensure convergence to the global fine solution the algorithm is put in the framework of alternating Schwarz iterations using subdomains around the coarse-grid boundaries. The discussed algorithms are implemented using the Deal.II finite element library and are tested on a number of model problems.
Im Rahmen dieser Arbeit konnte die physiologische Funktion des AtENT1 weitestgehend aufgeklärt werden. Durch Untersuchungen an RNAi- und Überexpressionslinien konnte gezeigt werden, dass dieser Nukleosidtransporter in unterschiedlichen Geweben verschiedene Aufgaben erfüllt. Die verringerte Expression des AtENT1 in den RNAi-Pflanzen hat hauptsächlich Auswirkungen auf den Nukleotidhaushalt in Pollen. Diese zeigen eine geringere Keimungsrate, eine niedrigere Nukleosidaufnahme sowie verringerte Mengen an intra- und extrazellulärem ATP. Daraus kann man schließen, dass der AtENT1 eine wichtige Funktion in der Versorgung von Pollen mit Nukleosiden während der Entwicklung und zu Beginn der Keimung hat. Die veränderte Menge an eATP in den RNAi-Pollen führt möglicherweise zu einer veränderten Signaltransduktion, was ebenfalls ein Grund für die schlechtere Keimungsrate im Vergleich mit WT-Pollen sein könnte. Weiterhin deutet die verminderte Aufnahme von Adenosin in RNAi-Pollen darauf hin, dass AtENT1 in diesen Zellen in der Plasmamembran lokalisiert ist. Sowohl in Blatt-Rohextrakten als auch in isolierten Vakuolen der AtENT1-RNAi-Pflanzen konnte ein erhöhter Adenosingehalt festgestellt werden, während dieser in Blättern und Vakuolen der AtENT1-35S-Pflanzen deutlich verringert war. Weiterhin konnte an Liposomen mit rekostituiertem Tonoplastenprotein aus Überexpressionspflanzen ein höherer Adenosinexport verglichen mit Liposomen mit WT-Tonoplastenprotein beobachtet werden. Als wahrscheinlichste Quelle der Nukleoside konnte der in der Vakuole stattfindende RNA-Abbau mit Nukleosiden als End- und 2‘3‘-cAMP als Zwischenprodukt nachgewiesen werden. Ein gesteigerter Nukleosidtransport aus der Vakuole durch Überexpression des AtENT1 führt zu einem Anstieg der zytosolischen Nukleosidkonzentration. Als Reaktion darauf sind die Aktivitäten der Enzyme des „salvage pathway“ in den entsprechenden Mutanten erhöht. Ein Anstieg der zytosolischen Adenosinkonzentration führt durch Feedback-Inhibierung zu einer Verringerung der Transmethylierungsreaktionen. In der stärksten Überexpressionspflanze konnte, als Folge dieser Inhibierung, eine verringerte Zellwandmethylierung beobachtet werden. Betrachtet man alle Ergebnisse der Untersuchungen in vegetativem Gewebe ist eine Lokalisierung des AtENT1 im Tonoplasten sehr wahrscheinlich. Der letzte Teil der Arbeit befasste sich mit der biochemischen Charakterisierung der putativen Nukleosidtransporter StENT1 und StENT3 aus Solanum tuberosum. Dabei konnte gezeigt werden dass es sich beim StENT1 um einen hoch affinen Transporter für Purin- und Pyrimidinnukleoside handelt. Aufgrund der Ähnlichkeit der Transporteigenschaften zum AtENT1 und der ebenfalls vorhandenen möglichen Signalsequenz für eine tonoplastidäre Lokalisierung könnte StENT1 auch ein physiologisches Homolog zum AtENT1 sein. StENT3 vermittelt einen hoch affinen, pyrimidinspezifischen Nukleosidtransport. Dieser Transporter könnte vor allem in Knollen für die Aufnahme von Pyrimidinen aus der Erde oder dem Phloem zuständig sein.
2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin (TCDD) wurde im Jahr 1997 von der International Agency for Research on Cancer als Gruppe 1 Kanzerogen eingestuft, obwohl die molekularen Mechanismen der kanzerogenen Wirkung von TCDD bislang nicht vollständig geklärt werden konnten. TCDD zeigte im Tierversuch ein erhöhtes hepatokarzinogenes Potential an Ratten, und im Initiations-Promotions-Modell in der Rattenleber konnte TCDD eine starke tumorpromovierende Wirkung zugeschrieben werden. Eine Reihe von Studien zeigten sowohl in vivo als auch in vitro in unterschiedlichen Zellsystemen eine Hemmung des durch verschiedene Stimuli induzierten programmierten Zelltodes, der Apoptose durch TCDD. Diese antiapoptotische Wirkung wird als ein möglicher Mechanismus für die Tumorpromotion von TCDD diskutiert. In der vorliegenden Arbeit sollte der Mechanimus der Apoptose-Hemmung durch TCDD in Leberzellsystemen der Ratte und des Menschen untersucht werden. Außerdem sollte die Frage geklärt werden, ob die anti-apoptotische Wirkung dieses Fremdstoffes über den Arylhydrokarbon-Rezeptor (AhR) vermittelt wird. Die Aufklärung der bislang noch unbekannten molekularen Mechanismen der TCDDvermittelten Kanzerogenese könnte die Risikobewertung einer TCDD-Exposition des Menschen auf eine erheblich solidere Basis stellen als bisher. Es konnte sowohl in primären Rattenhepatozyten als auch in der humanen Hepatomzelllinie Huh-7 bestätigt werden, dass TCDD die durch UVC-Licht induzierte Apoptose hemmt. Dies wurde auf Ebene der DNS-Fragmentierung und an Hand morphologischer Veränderungen des Zellkerns gezeigt. In den Primärhepatozyten war der anti-apoptotische Effekt von TCDD abhängig von einer Aktivierung des AhR. Die Apoptose durch die beiden Proteinbiosynthese-Inhibitoren Ochratoxin A und Cycloheximid wurde im Gegensatz zur UVC-Licht-induzierten Apoptose nicht durch TCDD gehemmt. Dies lässt den Schluss zu, dass eventuell die Neusynthese eines durch den AhR induzierten Proteins für die Hemmung der Apoptose in diesen Zellen nötig ist. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass entgegen früherer Studien, eine Hemmung der Aktivität des Tumorsuppressors p53 vermutlich nicht für die Apoptosehemmung durch TCDD verantwortlich ist. TCDD-bedingte Änderungen in der Expression von an der Apoptose beteiligten Genen ließen die Vermutung zu, dass diese Substanz zu einer Aktivierung des anti226 apoptotischen Transkriptionsfaktors NF-κB führt. Dies würde letztendlich zu einer Hemmung der Caspase-abhängigen Apoptosewege führen. Es konnte dennoch keine Wirkung des Fremdstoffes auf die Charakteristiken der durch UVC-Licht induzierten Caspasen-abhängigen Apoptose beobachtet werden. Weder wurden die proteolytische Aktivierung, noch die katalytische Aktivität von Caspasen oder die Spaltung von Caspasensubstraten durch TCDD moduliert. Daher wurde angenommen, dass TCDD im Signalweg der Apoptose zwischen der Caspasenaktivität und der apoptotischen DNS-Fragmentierung wirken müsste. Auf Grund dieser Hypothese wurde der Einfluss der Testsubstanz auf die Charakteristiken apoptotischer Nukleasen untersucht. Weder konnte eine verringerte Proteinmenge an Endonuklease G oder Caspase-aktivierter DNase (CAD) festgestellt werden, noch wurde die Aktivität rekombinant exprimierter CAD durch TCDD moduliert. In isolierten Zellkernen primärer Rattenhepatozyten konnte eine intrinsische Nukleaseaktivität identifiziert werden, die Calcium- und Magnesium-abhängig war und vermutlich durch nicht-physiologische Konzentrationen an monovalenten Ionen aktiviert wird. TCDD besaß eine hemmende Wirkung auf diese Nukleaseaktivität. Es erscheint plausibel, dass TCDD die apoptotische DNS-Fragmentierung über einen bisher unbekannten, AhR-abhängigen Mechanismus hemmt, und damit trotz einer Initiation der Apotpose die Integrität der DNS aufrecht erhält, um der Zelle die Möglichkeit zur Entgiftung von Aktivatoren des Fremdstoffmetabolismus zu geben. Diese Zellen könnten sich nach Entzug des pro-apoptotischen Stimulus letztendlich wieder erholen. Da solche Zellen DNS-Schäden tragen können, durch die sie unter normalen Umständen in die Apoptose getrieben worden wären, könnte dieser Mechanismus schließlich eine Rolle in der Tumorpromotion durch TCDD und verwandte Verbindungen spielen.
Wissenschaftliche Studien deuten auf eine gesundheitsförderndes und gewichtsregulierendes Potential des Kaffees hin, welches vor allem mit dem hohen Gehalt an Antioxidantien in Verbindung gebracht wird. In dieser Arbeit wurden Kaffeeextrakte, -inhaltsstoffe sowie Kaffeegetränke hinsichtlich ihrer antioxidativen Wirksamkeit untersucht. In-vitro wurde die präventive Wirkung von Extrakten aus leicht (AB1), mittel (RI, AC, AB) und stark (AB 2) gerösteten Kaffees mit Markern oxidativer Zellschädigung und Zellantwort in den Kolonkarzinomzelllinien HT-29 und Caco-2 charakterisiert. Vergleichend wurden die ausgewählten originären Kaffeeinhaltstoffe 5-Caffeoylchinasäure (5-CQA) und Trigonellin (TRIG) sowie die Röstprodukte Kaffeesäure (CA), Catechol (Cat), 1,2,4-Trihydroxybenzol (THB), N-Methylpyridinium (NMP) und methylierte NMP-Analoga untersucht. Erfasste Parameter waren zellulärer ROS-Level, (oxidative) DNA-Schädigung und Proteinexpression der ARE-abhängigen Enzyme NQO1, g-GCL und GSR. Zusätzlich wurde die direkte antioxidative Aktivität mittels TEAC- und ORAC-Assay gemessen. Die Ergebnisse zeigten eine radikalabfangende Eigenschaft aller Kaffeeextrakte mit Werten von 0,9-1,5 mM Trolox (TEAC) bzw. 2,5-2,8 mM Trolox (ORAC). Der zelluläre ROS-Level wurde in HT-29 Zellen durch die Extrakte AB, AC, RI und stark gerösteten AB 2 signifikant verringert. Eine konzentrationsabhängige und signifikante Induktion ARE- abhängiger Enzyme (NQO1, g-GCL und GSR) in HT-29 Zellen wurde durch den CQA-reichen AB 1 beobachtet, der NMP-reiche AB 2 war dagegen unwirksam. Von den untersuchten Kaffeeinhaltsstoffen zeigten nur die phenolischen Verbindungen 5-CQA und CA eine ausgeprägte zellfreie antioxidative Aktivität. Der zelluläre ROS-Level konnte durch 5-CQA verringert werden, dagegen waren methylierte NMP-Analoga in der Lage (oxidative) DNA-Schäden in Caco-2 Zellen zu reduzieren. 5-CQA induzierte wie leicht gerösteter AB 1 die Proteinexpression alle untersuchten Enzyme in HT-29 Zellen. Weiterhin wurde in zwei aufeinander folgenden humanen Interventionsstudien das antioxidative Potential unterschiedlicher Kaffeegetränke mit hohem Anteil an Antioxidantien charakterisiert; in der zweiten Studie wurde zusätzlich auf gewichtsregulierende Wirkung des Studienkaffees geprüft. Im Rahmen der ersten Pilotstudie, durchgeführt durch AG. Somoza (DFA Garching) wurde die Modulation von DNA-Schäden im Blut von Probanden nach Konsum zweier Kaffeegetränke erfasst, die reich an Chlorogensäuren oder an N-Methylpyridinium waren (Kaffeekonsum: 0,5 L pro Tag, 4 Wochen). Beide Kaffeegetränke bewirkten im Blut gesunder Probanden eine deutliche Abnahme oxidativer DNA-Schäden. In der zweiten Interventionsstudie nahmen 35 männliche Probanden nach einer vierwöchigen Wash-out Phase über vier Wochen täglich 750 ml eines Antioxidantien reichen Kaffees (580 mg/l CQAs; 71,7 mg/l NMP) auf, anschließend folgte eine vierwöchige Wash-out Phase. Zu Beginn der Studie und am Ende jeder Phase wurden Blutentnahmen zur Bestimmung der Biomarker (oxidative) DNA-Schäden, Glutathion (Gesamtglutathion tGSH, oxidiertes Glutathion GSSG) sowie Bioimpedanzanalysen zur Bestimmung der Körperzusammensetzung durchgeführt. Zusätzlich wurden Energie und Nährstoffaufnahme der Probanden erfasst. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Abnahme (oxidativer) DNA-Schäden (p < 0,001), Anstieg des tGSH-Spiegels (p<0,05) und des GSH-Status (Trend) und eine Erniedrigung des GSSG-Spiegels. Weiterhin wurde eine signifikante Abnahme von Körpergewicht und Körperfett der Probanden während der Kaffeeintervention im Vergleich zur beiden Wash-out Phasen beobachtet, welche vor allem bei Probanden mit BMI < 25 stärker ausgeprägt war. Die Verringerung der Energie- und Nährstoffaufnahme während der Kaffeephase weist auf eine Kaffeeabhängige beeinflussung der Sättigungsregulation hin. Zusammenfassend besitzt der Antioxidantien reiche Studienkaffee ein eindeutiges Potential zur Verringerung oxidativer Zellschädigung sowie gewichtsregulierende Wirkung in gesunden Probanden. Aufgrund der von uns erhaltenen in vitro Daten kann die antioxidative Wirksamkeit zum Teil auf die untersuchten originären Kaffeeinhaltsstoffen (vor allem CQAs) und Röstprodukte zurückgeführt werden. Andere bisher nicht charakterisierte Sustanzen/Stoffgruppen tragen vermutlich ebenfalls zu der beobachteten Wirkung bei.
Neben dem Verzehr von Obst und Gemüse wird auch Fruchtsäften eine Bedeutung für die Prävention chronisch entzündlicher Darmerkrankungen und Dickdarmkrebs beigemessen. Neben der direkten antioxidativen Kapazität polyphenolischer Inhaltstoffe spielt vermutlich auch deren Einfluss auf die Expression redoxsensitiver Gene, wie z.B. der gamma-Glutamylcystein-Ligase (g-GCL) eine protektive Rolle. Die in-vitro Arbeiten an den Kolontumorzelllinien verfolgten das Ziel die antioxidative Wirksamkeit verschiedener Apfelsaftextrakte zu charakterisieren. Hierbei wurde der Einfluss der Aglyka Quercetin und Phloretin, der Inhaltsstoffe Chlorogensäure und Kaffeesäure, sowie der Apfelsaftextrakte AE02 /03 und AE05 auf die Transkription redoxsensitiver Zielgene in HT-29 und Caco-2 Zellen nach 6- und 24h-Inkubation mittels Real Time TaqMan PCR untersucht. Als Referenzverbindungen wurden Sulforaphan und Menadion eingesetzt. Die für den Glutathion-Redoxstatus relevanten ARE-abhängigen Gene GPX2 und GSR, sowie die Nrf2 Genexpression wurden in die Untersuchungen miteinbezogen. Die Ergebnisse zeigen u.a. charakteristische, zellspezifische Unterschiede in der Modulation der antioxidativen Genexpression, bei der sich die HT-29 Zellen vor allem im Hinblick auf die gewählte Inkubationszeit und Konzentration der untersuchten Testmaterialien als sensitiver erwiesen. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung eines polyphenolreichen Smoothies im Hinblick auf Bioverfügbarkeit und antioxidative Wirksamkeit im menschlichen Darm. Die Interventionsstudie mit Ileostoma-Patienten ermöglichte es, Saftinhaltstoffe und Metabolite eines Smoothiees der Apfelsorte Winesap unmittelbar vor der Dickdarmpassage aus den Inhalten der Ileostomabeutel zu gewinnen und in-vitro auf antioxidative Wirksamkeit hin zu überprüfen. Hierbei konnten sowohl zellfrei (TEAC und ORAC Assay) als auch mit der humanen Kolonkarzinomzellinie HT29 ein antioxidatives Potenzial der Ileostoma-Beutelinhalte nachgewiesen werden. Die TEAC- und ORAC-Werte der Ileostoma-Proben zeigten einen deutlichen Anstieg mit einem Maximum bei 4h nach Saftverzehr. Im Vergleich zu den 0h- Ileostombeutel-Inhalten bewirkten die 2h- und 4h-Ileostoma-Beutelinhalte eine signifikanten Reduktion des TBH-induzierten ROS-Levels (DCF-Assay) nach 24h Inkubation in HT29-Zellen. Die Identifizierung als auch die quantitative Erfassung der in den Ileostoma-Proben enthaltenen polyphenolischen Inhaltsstoffe, sowie deren Abbauprodukte könnte Hinweise auf aktivitätsgeleitete Strukturen einzelner polyphenolischer Verbindungen geben. In einer Interventionsstudie an Ratten wurde der Einfluss unterschiedlich hergestellter Apfelsäfte (klarer/ trüber AS, Smoothie, im Vergleich zu einem polyphenolfreien Kontrollsaft) auf die Modulation ARE abhängiger Genexpression in Kolon und Leber männlicher SD-Ratten mittels duplex RT-PCR untersucht. Die aus der vorliegenden Interventionsstudie an Ratten gewonnen Ergebnisse, weisen auf eine Erhöhung der antioxidativen Abwehr durch polyphenolische Apfelsäfte hin. Die Induktion der redoxsensitiven Genexpression variierte hierbei in ihrer Stärke je nach Zielgewebe (Kolon > Leber) und Art des Saftes (trüber > klarer ~ Smoothie). Ergänzend zu den von Spormann et al. untersuchten Biomarkern wurden Genexpressionsuntersuchungen aus PBMCs von Hämodialyse-Patienten mittels Real Time TaqMan PCR durchgeführt. Hierbei wurde neben der Expression ausgewählter glutathionbezogener Gene (g-GCL, GPX1, GSR) auch die Nrf2 Transkription, sowie die Genexpression des inflammatorischen Enzyms COX-2 erfasst. Im Vergleich zur Woche 1 der run-in Phase zeigt sich nach Intervention mit rotem Mehrfruchtsaft ein deutlicher Anstieg der mRNA Expression in den meisten antioxidativen Zielgenen, die COX-2 Genexpression wurde dagegen während der Saftaufnahme leicht herunterreguliert.
Untersuchungen zum Zugtragverhalten hochduktiler Faserbetone mit zusätzlicher Textilbewehrung
(2010)
Hochduktiler Faserbeton zeigt ein dehnungsverfestigendes Zugtragverhalten mit ausgeprägter Vielfachrissbildung und einer Bruchdehnung von bis zu 5 %. Aufgrund der sehr kleinen Rissbreiten im Gebrauchszustand von weniger als 0,1 mm können hochduktile Faserbetone als quasi-wasserundurchlässig angesehen werden. Ausgehend von diesen Materialeigenschaften entstand die Überlegung, Fugen, z.B. zwischen Betonfertigteilen im Hochbau, mit einer Abdeckung aus hochduktilem Faserbeton zu überbrücken. Hiermit könnten Bewegungen der Betonfertigteile, z.B. infolge Temperaturänderungen ausgeglichen werden, ohne dass breite Risse an der Oberseite der Abdeckung entstehen. Im Laufe vorangegangener Untersuchungen [Mechtcherine 2007/1] hat sich jedoch gezeigt, dass das Dauerstandverhalten des für die vorliegende Arbeit verwendeten hochduktilen PVA-Faserbetons unter Dauerlast unzureichend ist. Zur Verbesserung des Tragverhaltens unter Dauerlast wurde daher eine zusätzliche leichte Textilbewehrung verwendet. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Zugtragverhaltens eines hochduktilen Kurzfaserbetons mit zusätzlicher Textilbewehrung unter Kurzzeit- und Langzeit-Zugbeanspruchung. Auf der Grundlage der Versuchsergebnisse wird ein einfaches empirisches Bemessungskonzept für Faserbeton mit zusätzlicher Textilbewehrung entwickelt. Auf der Grundlage dieses Bemessungskonzeptes soll in weiterführenden Arbeiten, die sich u. a. mit dem Tragverhalten unter zyklischer Beanspruchung befassen sollten, die Entwicklung einer Fugenabdeckung zwischen Betonfertigteildecken möglich sein.
Der TRPV5 Ionenkanal ist ein hoch selektiver Kalziumkanal, der in der Niere exprimiert wird und dort für den transzellulären Kalziumtransport im distalen Konvolut verantwortlich ist. TRPV5 Transkripte sind auch in anderen Geweben, wie z.B. der Plazenta, identifiziert worden. In dieser Arbeit wurde versucht, das TRPV5 Protein in verschiedenen Geweben nachzuweisen und den Kanal sowie eventuell daran assoziierte Proteine aus der Plazenta zu isolieren. Hierzu wurden verschiedene Strategien verfolgt. Zum einen wurden vier polyklonale Peptidantikörper generiert, einer gegen einen N- und drei gegen C-terminale Bereiche des humanen TRPV5 Proteins. Diese wurden eingehend mittels ELISA, Peptidblot-Analysen, Western Blot Analysen und immunhistochemischen Färbungen bezüglich ihrer Spezifität und Affinität charakterisiert. Alle generierten Antikörper erkennen spezifisch nur die antigenen Bindungsregionen in Glutathion-S-Transferase (GST)-TRPV5-Fusionsproteinen und detektieren das endogen in humaner Plazenta exprimierte Protein. Der Antikörper, der gegen den absoluten C-Terminus des TRPV5 Ionenkanals gerichtet ist (982/3), erwies sich zum Nachweis des TRPV5 Proteins im distalen Konvolut in Mausnieren als geeignet, allerdings zum Nachweis des TRPV5 Proteins im Synzytiotrophoblasten der humanen Plazenta, ist einer der anderen C-terminalen TRPV5 Antikörper besser geeignet. Der Antikörper 982/3 wurde auch in Immunpräzipitationen und Antikörper-Affinitäts-chromatographien eingesetzt. Mit diesen beiden Methoden konnte das TRPV5 zwar in kleinen Mengen aus humanem Plazentagewebe bzw. Mausnieregewebe angereichert und im anschließenden Western Blot detekiert werden, allerdings war die Menge des isolierten Proteins so gering, dass eine massenspektrometrische Identifikation nicht möglich war. Parallel wurden GST-Pulldown Versuche mit Fusionsproteinen, die den N- und C-Terminus des TRPV5 Proteins enthalten, mit Proteinextrakten der humanen Plazenta durchgeführt. Hierbei wurden insgesamt 38 Proteine als putative Interaktionspartner von TRPV5 identifiziert. Darunter befinden sich bereits in der Literatur beschriebene Interaktionspartner, wie NHERF2 und Galectin-1, und zahlreiche potentielle TRPV5 bindende Proteine. Zu den häufigsten identifizierten Proteinen zählen die Proteine 11ß-HSD2, Ku70 und Calpain-6. Ihre Bindung an N- und C-terminale Bereiche des Ionenkanals, nicht aber an GST konnte in weiteren GST-Pulldown-Experimenten und anschließender Identifikation im Western Blot bestätigt werden. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass das TRPV5 Protein in der humanen Plazenta an der Blut-Plazenta Schranke exprimiert wird. Aller Wahrscheinlichkeit nach ist dort das Protein mit anderen Proteinen assembliert. Inwiefern diese Interaktionen die Kanalaktivität beeinflussen müsste in weiteren Experimenten untersucht werden.
Universal Shortest Paths
(2010)
We introduce the universal shortest path problem (Univ-SPP) which generalizes both - classical and new - shortest path problems. Starting with the definition of the even more general universal combinatorial optimization problem (Univ-COP), we show that a variety of objective functions for general combinatorial problems can be modeled if all feasible solutions have the same cardinality. Since this assumption is, in general, not satisfied when considering shortest paths, we give two alternative definitions for Univ-SPP, one based on a sequence of cardinality contrained subproblems, the other using an auxiliary construction to establish uniform length for all paths between source and sink. Both alternatives are shown to be (strongly) NP-hard and they can be formulated as quadratic integer or mixed integer linear programs. On graphs with specific assumptions on edge costs and path lengths, the second version of Univ-SPP can be solved as classical sum shortest path problem.
Tropical intersection theory
(2010)
This thesis consists of five chapters: Chapter 1 contains the basics of the theory and is essential for the rest of the thesis. Chapters 2-5 are to a large extent independent of each other and can be read separately. - Chapter 1: Foundations of tropical intersection theory In this first chapter we set up the foundations of a tropical intersection theory covering many concepts and tools of its counterpart in algebraic geometry such as affine tropical cycles, Cartier divisors, morphisms of tropical cycles, pull-backs of Cartier divisors, push-forwards of cycles and an intersection product of Cartier divisors and cycles. Afterwards, we generalize these concepts to abstract tropical cycles and introduce a concept of rational equivalence. Finally, we set up an intersection product of cycles and prove that every cycle is rationally equivalent to some affine cycle in the special case that our ambient cycle is R^n. We use this result to show that rational and numerical equivalence agree in this case and prove a tropical Bézout's theorem. - Chapter 2: Tropical cycles with real slopes and numerical equivalence In this chapter we generalize our definitions of tropical cycles to polyhedral complexes with non-rational slopes. We use this new definition to show that if our ambient cycle is a fan then every subcycle is numerically equivalent to some affine cycle. Finally, we restrict ourselves to cycles in R^n that are "generic" in some sense and study the concept of numerical equivalence in more detail. - Chapter 3: Tropical intersection products on smooth varieties We define an intersection product of tropical cycles on tropical linear spaces L^n_k and on other, related fans. Then, we use this result to obtain an intersection product of cycles on any "smooth" tropical variety. Finally, we use the intersection product to introduce a concept of pull-backs of cycles along morphisms of smooth tropical varieties and prove that this pull-back has all expected properties. - Chapter 4: Weil and Cartier divisors under tropical modifications First, we introduce "modifications" and "contractions" and study their basic properties. After that, we prove that under some further assumptions a one-to-one correspondence of Weil and Cartier divisors is preserved by modifications. In particular we can prove that on any smooth tropical variety we have a one-to-one correspondence of Weil and Cartier divisors. - Chapter 5: Chern classes of tropical vector bundles We give definitions of tropical vector bundles and rational sections of tropical vector bundles. We use these rational sections to define the Chern classes of such a tropical vector bundle. Moreover, we prove that these Chern classes have all expected properties. Finally, we classify all tropical vector bundles on an elliptic curve up to isomorphisms.
The Train Marshalling Problem consists of rearranging an incoming train in a marshalling yard in such a way that cars with the same destinations appear consecutively in the final train and the number of needed sorting tracks is minimized. Besides an initial roll-in operation, just one pull-out operation is allowed. This problem was introduced by Dahlhaus et al. who also showed that the problem is NP-complete. In this paper, we provide a new lower bound on the optimal objective value by partitioning an appropriate interval graph. Furthermore, we consider the corresponding online problem, for which we provide upper and lower bounds on the competitiveness and a corresponding optimal deterministic online algorithm. We provide an experimental evaluation of our lower bound and algorithm which shows the practical tightness of the results.
The purpose of Exploration in Oil Industry is to "discover" an oil-containing geological formation from exploration data. In the context of this PhD project this oil-containing geological formation plays the role of a geometrical object, which may have any shape. The exploration data may be viewed as a "cloud of points", that is a finite set of points, related to the geological formation surveyed in the exploration experiment. Extensions of topological methodologies, such as homology, to point clouds are helpful in studying them qualitatively and capable of resolving the underlying structure of a data set. Estimation of topological invariants of the data space is a good basis for asserting the global features of the simplicial model of the data. For instance the basic statistical idea, clustering, are correspond to dimension of the zero homology group of the data. A statistics of Betti numbers can provide us with another connectivity information. In this work represented a method for topological feature analysis of exploration data on the base of so called persistent homology. Loosely, this is the homology of a growing space that captures the lifetimes of topological attributes in a multiset of intervals called a barcode. Constructions from algebraic topology empowers to transform the data, to distillate it into some persistent features, and to understand then how it is organized on a large scale or at least to obtain a low-dimensional information which can point to areas of interest. The algorithm for computing of the persistent Betti numbers via barcode is realized in the computer algebra system "Singular" in the scope of the work.
Das vorliegende Buch soll den Studenten der Natur- und Ingenieurwissenschaften
mit den Grundlagen der Thermodynamik vertraut machen und an prägnanten
Beispielen mit ausführlichen Lösungen zeigen, wie konkrete Probleme anzugehen
sind. Die Begriffe Temperatur und Wärme entsprechen der Alltagserfahrung. An-
ders als in der Mechanik und Elektrodynamik ist es jedoch erst nach 1900 zu einer
mathematisch tragfähigen Formulierung der Thermodynamik gekommen. Dies liegt
vor allem daran, daß sie alltägliche Vorgänge der Vielteilchenphysik beschreibt, die
ihrer Natur nach statistischen Unbestimmtheiten unterliegen. Deshalb besitzt die
Thermodynamik eine andere mathematische Struktur als etwa die Mechanik und
wird im Prinzip erst durch die statistische Mechanik vollständig beschrieben, die
makroskopische Eigenschaften aus den mikroskopischen molekularen Eigenschaften
herleitet. Demgegenüber interessieren in den technischen Anwendungen vor allem
die Beziehungen zwischen makroskopischen Mittelwerten, wobei Abweichungen von
diesen Mittelwerten nur gelegentlich eine Rolle spielen. In der Thermodynamik
gelingt es, die für die Anwendungen wichtigsten statistischen Sachverhalte bereits
durch zwei Größen nämlich Temperatur und Entropie darzustellen, ohne die mikro-
skopischen Eigenschaften der Moleküle heranziehen zu müssen. Die beiden Größen
lassen sich über wenige Erfahrungstatsachen (Hauptsätze) der makroskopischen Phy-
sik widerspruchsfrei einführen. Für die meisten Anwendungen in der technischen
Thermodynamik und physikalischen Chemie erweist sich diese makroskopische
Beschreibung als hinreichend.
Das Buch besteht aus vier Teilen:
Teil I befaßt sich mit den Grundbegriffen der Thermodynamik. Sie werden für
die Gleichgewichtszustände der Systeme über die vier Hauptsätze (Null bis drei)
eingeführt. Die Hauptsätze reichen aus, um die Rolle der Temperatur und der
thermodynamischen Potentiale zu verstehen und das physikalische Verhalten am
absoluten Nullpunkt herzuleiten. Die Anwendungen sind so ausgewählt, daß die we-
sentlichen Begriffsbildungen an charakteristischen Beispielen aus den verschiedenen
Spezialgebieten der Thermodynamik geklärt werden.
Teil II behandelt die Thermodynamik irreversibler Prozesse. Hier wird die lineare
Theorie der Ausgleichsvorgänge in räumlich inhomogenen Systemen beschrieben.
Diese Systeme werden als Vereinigung vieler kleiner homogener Materialelemen-
te mit Konvektionsbewegung dargestellt, von denen sich jedes in einem inneren
Gleichgewicht im Sinne von Teil I befindet. Aus der Unterschiedlichkeit der Gleichge-
wichtsparameter ergeben sich dann Näherungen für den Zeitverlauf des Ausgleichs-
vorgangs. Auf diese Weise entsteht eine zeitabhängige Kontinuumsthermodynamik,
die für die meisten praktischen Anwendungen hinreichend ist. Dabei sind die Phä-nomene der thermischen Schwankungen vernachlässigt, die man bei sehr kleinen
Materialelementen gesondert beachten muß.
Teil III erläutert deshalb die thermischen Schwankungen. Hier werden die statis-
tischen Methoden soweit besprochen, als es für Verständnis und Beurteilung der
Schwankungen notwendig ist. Eine zentrale Rolle spielt dabei das Schwankungs-
-Dissipations Theorem, welches die Höhe und Breite der mittleren Fluktuation
abschätzt. Darüberhinaus stellt Teil III den Zusammenhang zwischen Thermodyna-
mik und klassischer Mechanik des Vielteilchensystems auf Basis der statistischen
Mechanik der Gleichgewichtsphänomene dar. Hier wird der statistische Hintergrund
der thermodynamischen Potentiale und der Temperatur erläutert.
Teil IV enthält die ausführlichen Lösungen aller Aufgaben.
Das Buch ist auch zum Nachschlagen für Physiker, Chemiker und Lehrer geeignet.
Mathematisch werden nur Kenntnisse der Differential- und Integralrechnung sowie
der Vektoranalysis vorausgesetzt. Zur Orientierung in der Vielfalt der Spezialgebiete
werden Hinweise zu Lehrbüchern der technischen Thermodynamik und physikali-
schen Chemie gegeben. Die Tabellen im Anhang stellen dem Leser einige für die
Praxis wichtige Daten direkt zur Verfügung.
We will present a rigorous derivation of the equations and interface conditions for ion, charge and heat transport in Li-ion insertion batteries. The derivation is based exclusively on universally accepted principles of nonequilibrium thermodynamics and the assumption of a one step intercalation reaction at the interface of electrolyte and active particles. Without loss of generality the transport in the active particle is assumed to be isotropic. The electrolyte is described as a fully dissociated salt in a neutral solvent. The presented theory is valid for transport on a spatial scale for which local charge neutrality holds i.e. beyond the scale of the diffuse double layer. Charge neutrality is explicitely used to determine the correct set of thermodynamically independent variables. The theory guarantees strictly positive entropy production. The various contributions to the Peltier coeficients for the interface between the active particles and the electrolyte as well as the contributions to the heat of mixing are obtained as a result of the theory.
The main focus of this dissertation is the synthesis and characterization of more recent zeolites with different pore architectures. The unique shape-selective properties of the zeolites are important in various chemical processes and the new zeolites containing novel internal pore architectures are of high interest, since they could lead to further improvement of existing processes or open the way to new applications. This dissertation is organized in the following way: The first part is focused on the synthesis of selected recent zeolites with different pore architectures and their modification to the acidic and bifunctional forms. The second part comprises the characterization of the physicochemical properties of the prepared zeolites by selected physicochemical methods, viz. powder X-ray diffractometry (XRD), N2 adsorption, thermogravimetric analysis (TGA/DTA/MS), ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy, atomic absorption spectroscopy (AAS), infrared (IR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), 27Al and 29Si magic angle spinning nuclear magnetic resonance (MAS NMR) spectroscopy, temperature-programmed reduction (TPR), temperature-programmed desorption of pyridine (pyridine TPD) and adsorption experiments with hydrocarbon adsorptives. The third part of this work is devoted to the application of test reactions, i.e., the acid catalyzed disproportionation of ethylbenzene and the bifunctional hydroconversion of n-decane, to characterize the pore size and architecture of the prepared zeolites. They are known to be valuable tools for exploring the pore structure of zeolites. Finally, an additional test, viz. the competitive hydrogenation of 1-hexene and 2,4,4-trimethyl-1-pentene, has been applied to probe the location of noble metals in medium pore zeolite. The synthesis of the following zeolite molecular sieves was successfully performed in the frame of this thesis (they are ranked according to the largest window size in the respective structure): • 14-MR pores: UTD-1, CIT-5, SSZ-53 and IM-12 • 12-MR pores: ITQ-21 and MCM-68 • 10-MR pores: SSZ-35 and MCM-71 All of them were obtained as pure phase (except zeolite MCM-71 with a minor impurity phase that is hardly to avoid and also present in samples shown in the patent literature). The synthesis conditions are very critical with respect to the formation of the zeolite with a given structure. In this work, the recommended synthesis recipes are included. Among the 14-MR zeolites, the aluminosilicates UTD-1 (nSi/nAl = 28), CIT-5 (nSi/nAl = 116) and SSZ-53 (nSi/nAl = 55) with unidimensional extra-large pore opening formed from 14-MR rings exhibit promising catalytic properties with high thermal stability and they possess strong Brønsted-acid sites. By contrast, the germanosilicate IM-12 with a structure containing 14-MR channels intersecting with 12-MR channels is unstable toward moisture. It was found that UTD-1 and SSZ-53 zeolites are highly active catalysts for the acid catalyzed disproportionation of ethylbenzene and n-decane hydroconversion due to their high Brønsted acidity. To explore their pore structures, the applied two test reactions suggest that UTD-1, CIT-5 and SSZ-53 zeolites contain a very open pore system (12-MR or larger pore systems) because the product distributions are not hampered by too small pores. ITQ-21, a germanoaluminosilicate zeolite with a three-dimensional pore system and large spherical cages accessible through six 12-MR windows, can be synthesized with nSi/nAl ratios between 27 and >200. It possesses a large amount of Brønsted-acid sites. The aluminosilicate zeolite MCM-68 (nSi/nAl = 9) is an extremely active catalyst in the disproportionation of ethylbenzene and in the n-decane hydroconversion. This is due to the presence of a high density of strong Brønsted-acid sites in its structure. The disproportionation of ethylbenzene suggests that MCM-68 is a large pore (i.e., at least 12-MR) zeolite, in agreement with its crystallographic structure. In the hydroconversion of n-decane, the presence of tribranched and ethylbranched isomers and a high isopentane yield of 58 % in the hydrocracked products suggest the presence of large (12-MR) pores in its structure. By contrast, a relatively high value for CI* (modified constraint index) of 2.9 suggests the presence of medium (10-MR) pores in its structure. As a whole, the results are in-line with the crystallographic structure of MCM-68. SSZ-35, a 10-MR zeolite, can be synthesized in a broad range of nSi/nAl ratios between 11 and >500. This zeolite is interesting in terms of shape selectivity resulting from its unusual pore system having unidimensional channels alternating between 10-MR windows and large 18-MR cages. This thermally very stable zeolite contains both, strong Brønsted- and strong Lewis-acid sites. The disproportionation of ethylbenzene classifies SSZ-35 as a large pore zeolite. In the hydroconversion of n-decane, the suppression of bulky ethyloctanes and propylheptane clearly suggests the presence of 10-MR sections in the pore system. By contrast, the low CI* values of 1.2-2.3 and the high isopentane yields of 56-60 % in the hydrocracked products suggest that SSZ-35 also possesses larger intracystalline voids, i.e., the 18-MR cages. The results from the catalytic characterization are in good agreement with the crystallographic structure of zeolite SSZ-35. It was also found that the nSi/nAl ratio influences the crystallite size and therefore the external surface area. As a consequence, product selectivities are also influenced: The lowest nSi/nAl ratio or the smallest crystallite size sample produces larger amounts of the relatively bulky products. The formation of these products probably results from the higher conversion or they are preferentially formed on the external surface area of the catalyst. Zeolite MCM-71 (nSi/nAl = 8) possesses an extremely thermally stable structure and contains a high concentration of Brønsted-acid sites. Its structure allows for the separation of n-alkanes from branched alkanes by selective adsorption. MCM-71 exhibits unique shape-selective properties towards the product distribution in ethylbenzene disproportionation, which is different to those obtained in the medium pore SSZ-35 zeolite. All reaction parameters are fulfilled to classify MCM-71 as medium pore zeolite and this is in good agreement with its reported structure consisting of two-dimensional network of elliptical 10-MR channels and an orthogonal sinusoidal 8-MR channels. The competitive hydrogenation of 1-hexene and 2,4,4-trimethyl-1-pentene was exploited to probe that the major part of the noble metal is located inside the intracrystalline void volume of the medium pore zeolite SSZ-35.
Im ersten Teil der Arbeit wurden die Synthesen der verschiedenen Liganden vorgestellt. Ausgehend von optisch reiner Weinsäure (natürlich und unnatürlich) ist es möglich zweizähnige C2-symmetrische P,P- und S,S-Liganden zu synthetisieren. Die N,N-Liganden mit Pyrazol als Stickstoffdonor können nicht durch eine SN-2 Reaktion ausgehend von RMOP oder RTfOP und Natriumpyrrazolid synthetisiert werden. Bei den P,P-Liganden können verschiedene Phosphinitliganden und Phosphitliganden mit unterschiedlichen elektronischen und sterischen Eigenschaften hergestellt werden. Die P,N- und P,S-Liganden mit Pyrrolidin als chiralem Rückgrat können über verschiedene Synthesewege hergestellt werden. Eine Trennung der durch die Epoxidöffung entstehenden Enantiomere ist zumindest durch eine CDA-Derivatisierung (Diastereomerenbildung) in einem Fall möglich. Weitere Versuche, andere Alkohole durch enzymatische Racematspaltung oder Kristallisation von Diastereomeren zu trennen, schlugen fehl. Die synthetisierten P,N- und P,S-Liganden und ihre Komplexe lagen somit als Racemat vor. Die Untersuchung ihrer katalytischen Eigenschaften beschränkte sich deshalb nur auf Regioselektivität und Aktivität. Für die mit einem Cyclohexan als chiralem Rückgrat hergestellten P,P‘- und P,N-Liganden wurden die im Arbeitskreis vorhandenen Vorstufen verwendet. Die Katalysatoren mit dem optisch reinem Ligand konnten auf ihre Enantioselektivität in der Katalyse hin untersucht werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurden mit den verschiedenen Liganden mit Molybdän(0), Ruthenium(II), Rhodium(I), Iridium(I), Palladium(II), Platin(II), Kupfer(I) und Gold(I) Komplexe hergestellt. Insbesondere Ruthenium(II), Rhodium(I) und Palladium (II) waren wegen ihrer hohen katalytischen Aktivitäten von Interesse. Im dritten Teil der Arbeit wurden erste Katalyseexperimente durchgeführt. Bei der Direkthydrierung der Dehydroaminosäuren α-Acetamidozimtsäure mit Rhodium-, Ruthenium- und Iridium-Katalysatoren liefern die Komplexe [RhI(η4-COD)(κ2-(S,S)-BzOPhPOB)]+BF4- und das Gemisch aus verschiedenen Rutheniumkomplexen mit dem Liganden (S,S)-PhPhPOP die höchste Enantioselektivitäten von OR = 22–24 %. Insgesamt sind bei diesem Substrat die katalytischen Aktivitäten der getesteten Komplexe sehr niedrig. Bei Itaconsäuredimethylsäureester liefern die Rhodiumkomplexe mit den (S,S)-PhPhPOP- und (S,S)-PhTPOP-Liganden nur ein racemischen Produkt bei Aktivitäten von bis zu TOF = 3300 h-1 (T = 40 °C; p = 40 bar). Eine relative hohe Enantioseletivität von ee = 75 % bei der Hydrierung von Itaconsäuremethylester erzielt man mit der Verbindung [RhI(η4-COD)(κ2-(S,S)-BzOPhPOB)]+BF4- bei sehr geringen Aktivitäten (TOF < 20 h-1). Gute optische Reinheiten liefern die Rhodiumsalze mit (S,S)-PhPhPOP- und (S,S)-BzOPhPOB-Liganden bei der Aminosäure N-Acetylalanin (OP = 43–60 %) bei Aktivitäten von bis zu TOF > 400 h-1 bei dem Komplex [RhI(η4-NBD)(κ2-(S,S)-PhPhPOP)]+BF4-. Der Katalysator [RhI(η4-NBD)(κ2-(S,S)-PhPhPOP)]+BF4- ergibt bei dem Produkt N-Acetylalaninmethylester einen Enantiomerenüberschuss von ee = 50 % (TOF = 100 h-1). Der Komplex [RhI(μ1-Cl)(η4-COD)(κ2-(R,R)-PzPhPOC)]/NaBPh4 liefert bei N-Acetylalaninmethylester eine Enantioseletivität von ee = 80 % (TON = 80; TOF = 20 h-1) Die Komplexe mit P,N-, P,S- und S,S-Liganden sind bei den rhodiumkatalysierten Direkthydrierungen gegenüber den P,P-Liganden bei allen getesten Systemen weniger aktiv. Die Transferhydrierungen mit Ruthenium- und Rhodiumkomplexen liefern bei moderaten Aktivitäten nur sehr schlechte Enantiomerenüberschüsse bei allen getesteten Substraten. Höhere Selektivitäten erreicht man bei der rhodiumkatalysierten Hydrosilylierung mit dem PhPhPOP-Liganden (Acetophenon ee = max 50 %). Bei Trost-Tsuji-Allylierungen liefern die verwendeten Komplexen bei den getesteten Systemen bei guten Aktivitäten (TON  66; TOF < 170 h-1) nur sehr geringe Enantioselektivitäten. So ergibt die Verbindung [PdII(η3-Allyl)(κ2-(R,R/S,S)-PhPhPOP)]+PF6- bei dem Produkt Dimethyl-1-(1,3-diphenylprop-2-enyl)malonat eine Enantioseletivität von ee = 11–17 % Die ist nahezu unabhängig vom Lösungsmittel, Temperatur und vom Anion. Im Vergleich dazu ist die Enantioselektivität bei dem Komplex [PdII(η3-Allyl)(κ2-(R,R)-PzPhPOC)]+PF6- mit ee = 9 % nur unwesentlich geringer. Die höchste Enantioselektivität von ee = 48 % liefert der Komplex mit dem Liganden PhPhenphos bei dem Produkt Dimethyl-3-cyclohexenylmalonat. Die Allylierung von (E)-1-Phenyl-2-propen-1-ylacetat mit DMM liefert bei den getesteten Komplexen mit hohen Regioselektivitäten das unerwünschte Linearprodukt (E)-2-(3-Phenyl-allyl)malonsäuredimethylester.
We tackle the problem of obtaining statistics on content and structure of XML documents by using summaries which may provide cardinality estimations for XML query expressions. Our focus is a data-centric processing scenario in which we use a query engine to process such query expressions. We provide three new summary structures called LESS (Leaf-Element-in-Subtree), LWES (Level-Wide Element Summarization), and EXsum (Element-centered XML Summarization) which are targeted to base an estimation process in an XML query optimizer. Each of these collects structural statistical information of XML documents, and the latter (EXsum) gathers, in addition, statistics on document content. Estimation procedures and/or heuristics for specic types of query expressions of each proposed approach are developed. We have incorporated and implemented our proposals in XTC, a native XML database management system (XDBMS). With this common implementation base, we present an empirical and comparative study in which our proposals are stressed against others published in the literature, which are also incorporated into the XTC. Furthermore, an analysis is made based on criteria pertinent to a query optimizer process.
In this paper, a multi-period supply chain network design problem is addressed. Several aspects of practical relevance are considered such as those related with the financial decisions that must be accounted for by a company managing a supply chain. The decisions to be made comprise the location of the facilities, the flow of commodities and the investments to make in alternative activities to those directly related with the supply chain design. Uncertainty is assumed for demand and interest rates, which is described by a set of scenarios. Therefore, for the entire planning horizon, a tree of scenarios is built. A target is set for the return on investment and the risk of falling below it is measured and accounted for. The service level is also measured and included in the objective function. The problem is formulated as a multi-stage stochastic mixed-integer linear programming problem. The goal is to maximize the total financial benefit. An alternative formulation which is based upon the paths in the scenario tree is also proposed. A methodology for measuring the value of the stochastic solution in this problem is discussed. Computational tests using randomly generated data are presented showing that the stochastic approach is worth considering in these type of problems.
Die Paarungsstörung mit Pheromonen ist ein etabliertes Verfahren der ökologischen Schädlingsbekämpfung in vielen Bereichen der Landwirtschaft. Um dieses Verfahren zu optimieren, ist es erforderlich, genauere Erkenntnisse über die Verteilung des Pheromons über den behandelten Agrarflächen zu erhalten. Die Messung dieser Duftstoffe mit dem EAG-System ist eine Methode, mit der man schnell und zuverlässig Pheromonkonzentrationen im Freiland bestimmen kann. Diese Arbeit beschreibt Beiträge, die zur Weiterentwicklung des Systems von großer Bedeutung sind. Die Steuerung des Messablaufs durch eine Ablaufdatei, die erst zur Laufzeit ins Programm geladen wird, ermöglicht eine zeitgenaue und flexible Steuerung des Messsystems. Die Auswertung der Messergebnisse wird durch Methoden der Gesamtdarstellung der Konzentrationsberechnung und durch rigorose Fehlerbetrachtung auf eine solide Grundlage gestellt. Die für die Konzentrationsberechnung erforderlichen Grundvoraussetzungen werden anhand experimenteller Beispiele ausführlich erläutert und verfiziert. Zusätzlich wird durch ein iteratives Verfahren die Konzentrationsberechnung von der mathematischen oder empirischen Darstellung der Dosis-Wirkungskurve unabhängig gemacht. Zur Nutzung einer erweiterten EAG-Apparatur zur Messung komplexer Duftstoffgemische wurde das Messsystem im Bereich der Steuerung und der Auswertung tiefgreifend umgestaltet und vollständig einsatztauglich gemacht. Dazu wurde das Steuerungssystem erweitert, das Programm für die Messwerterfassung neu strukturiert, eine Methode zur Konzentrationsberechnung für Duftstoffgemische entwickelt und in einer entsprechenden Auswertesoftware implementiert. Das wichtigste experimentelle Ergebnis besteht in der Durchführung und Auswertung einer speziellen Messung, bei der das EAG-System parallel mit einer klassischen Gaschromatograph-Methode eingesetzt wurde. Die Ergebnisse ermöglichen erstmals eine absolute Festlegung der Konzentrations-Messergebnisse des EAG-Messsystems für das Pheromon des Apfelwicklers. Bisher konnten nur Ergebnisse in Relativen Einheiten angegeben werden.
In der Diskussion zur Nachhaltigen Entwicklung hat die soziale Dimension im Verhältnis zu den beiden anderen, d.h. der ökonomischen und der ökologischen Dimensionen, bisher eine relativ geringe Zuwendung erfahren. Dabei ist soziale Nachhaltigkeit, die den gesellschaftlichen Zusammenhalt in Humanität, Freiheit und Gerechtigkeit zum Ziel hat, nicht weniger bedeutend, um die Zukunftsfähigkeit einer Gesellschaft aber auch einer Volkswirtschaft zu gewährleisten. Zum Konzept der sozialen Nachhaltigkeit gibt es verschiedene Zugänge. Dieser Beitrag beleuchtet das Thema aus Sicht der Neuen Institutionsökonomik, einem Forschungsgebiet, das auf dem Konzept des Grenznutzens beruht. Mit der Kohäsionsfunktion, den interdependenten Nutzenfunktionen und dem Transaktionskostenansatz, die in diesem Beitrag erläutert werden, bietet es eine theoretische Grundlage zum Verständnis des gesellschaftlichen Zusammenhalts.
In recent years the consumption of polymer based composites in many engineering
fields where friction and wear are critical issues has increased enormously. Satisfying
the growing industrial needs can be successful only if the costly, labor-intensive and
time-consuming cycle of manufacturing, followed by testing, and additionally followed
by further trial-and-error compounding is reduced or even avoided. Therefore, the
objective is to get in advance as much fundamental understanding as possible of the
interaction between various composite components and that of the composite against
its counterface. Sliding wear of polymers and polymer composites involves very
complex and highly nonlinear processes. Consequently, to develop analytical models
for the simulation of the sliding wear behavior of these materials is extremely difficult
or even impossible. It necessitates simplifying hypotheses and thus compromising
accuracy. An alternative way, discussed in this work, is an artificial neural network
based modeling. The principal benefit of artificial neural networks (ANNs) is their ability
to learn patterns through a training experience from experimentally generated data
using self-organizing capabilities.
Initially, the potential of using ANNs for the prediction of friction and wear properties
of polymers and polymer composites was explored using already published friction
and wear data of 101 independent fretting wear tests of polyamide 46 (PA 46) composites.
For comparison, ANNs were also applied to model the mechanical properties
of polymer composites using a commercial data bank of 93 pairs of independent Izod
impact, tension and bending tests of polyamide 66 (PA 66) composites. Different
stages in the development of ANN models such as selection of optimum network
configuration, multi-dimensional modeling, training and testing of the network were
addressed at length. The results of neural network predictions appeared viable and
very promising for their application in the field of tribology.
A case example was subsequently presented to model the sliding friction and wear
properties of polymer composites by using newly measured datasets of polyphenylene
sulfide (PPS) matrix composites. The composites were prepared by twinscrew
extrusion and injection molding. The dataset investigated was generated from
pin-on-disc testing in dry sliding conditions under various contact pressures and sliding speeds. Initially the focus was placed on exploring the possible synergistic effects
between traditional reinforcements and particulate fillers, with special emphasis on
sub-micro TiO2 particles (300 nm average diameter) and short carbon fibers (SCFs).
Subsequently, the lubricating contributions of graphite (Gr) and polytetrafluoroethylene
(PTFE) in these multiphase materials were also studied. ANNs were trained
using a conjugate gradient with Powell/Beale restarts (CGB) algorithm as well as a
variable learning rate backpropagation (GDX) algorithm in order to learn compositionproperty
relationships between the inputs and outputs of the system. Likewise, the
influence of the operating parameters (contact pressure (p) and sliding speed (v))
was also examined. The incorporation of short carbon fibers and sub-micro TiO2
particles resulted in both a lower friction and a great improvement in the wear resistance
of the PPS composites within the low and medium pv-range. The mechanical
characterization and surface analysis after wear testing revealed that this beneficial
tribological performance could be explained by the following phenomena: (i)
enhanced mechanical properties through the inclusion of short carbon fibers, (ii)
favorable protection of the short carbon fibers by the sub-micro particles diminishing
fiber breakage and removal, (iii) self-repairing effects with the sub-micro particles, (iv)
formation of quasi-spherical transfer particles free to roll at the tribological contact.
Still, in the high pv-range stick-slip sliding motion was observed with these hybrid
materials. The adverse stick-slip behavior could be effectively eliminated through the
additional inclusion of solid lubricant reservoirs (Gr and PTFE), analogous to the
lubricants used in real ball bearings. Likewise, solid lubricants improved the wear resistance
of the multiphase system PPS/SCF/TiO2 in the high pv-range (≥ 9 MPa·m/s).
Yet, their positive effect, especially that of graphite, was limited up to certain volume
fraction and loading conditions. The optimum results were obtained by blending
comparatively low amounts of Gr and PTFE (≈ 5 vol.% from each additive). An introduction
of softer sub-micro particles did not bring the desired ball bearing effect and
fiber protection. The ANN prediction profiles for PPS tribo-compounds exhibited very
good or even perfect agreement with the measured results demonstrating that the
target of achieving a well trained network was reached. The results of employing a
validation test dataset indicated that the trained neural network acquired enough
generalization capability to extend what it has learned about the training patterns to
data that it has not seen before from the same knowledge domain. Optimal brain surgeon (OBS) algorithm was employed to perform pruning of the network
topology by eliminating non-useful weights and bias in order to determine if the
performance of the pruned network was better than the fully-connected network.
Pruning resulted in accuracy gains over the fully-connected network, but induced
higher computational cost in coding the data in the required format. Within an importance
analysis, the sensitivity of the network response variable (frictional coefficient
or specific wear rate) to characteristic mechanical and thermo-mechanical input variables
was examined. The goal was to study the relationships between the diverse
input variables and the characteristic tribological parameters for a better understanding
of the sliding wear process with these materials. Finally, it was demonstrated that
the well-trained networks might be applied for visualization what will happen if a certain
filler is introduced into a composite, or what the impacts of the testing conditions
on the frictional coefficient and specific wear rate are. In this way, they might be a
helpful tool for design engineers and materials experts to explore materials and to
make reasoned selection and substitution decisions early in the design phase, when
they incur least cost.
We study global and local robustness properties of several estimators for shape and scale in a generalized Pareto model. The estimators considered in this paper cover maximum likelihood estimators, skipped maximum likelihood estimators, moment-based estimators, Cramér-von-Mises Minimum Distance estimators, and, as a special case of quantile-based estimators, Pickands Estimator as well as variants of the latter tuned for higher finite sample breakdown point (FSBP), and lower variance. We further consider an estimator matching population median and median of absolute deviations to the empirical ones (MedMad); again, in order to improve its FSBP, we propose a variant using a suitable asymmetric Mad as constituent, and which may be tuned to achieve an expected FSBP of 34%. These estimators are compared to one-step estimators distinguished as optimal in the shrinking neighborhood setting, i.e., the most bias-robust estimator minimizing the maximal (asymptotic) bias and the estimator minimizing the maximal (asymptotic) MSE. For each of these estimators, we determine the FSBP, the influence function, as well as statistical accuracy measured by asymptotic bias, variance, and mean squared error—all evaluated uniformly on shrinking convex contamination neighborhoods. Finally, we check these asymptotic theoretical findings against finite sample behavior by an extensive simulation study.
Simulation of multibody systems (mbs) is an inherent part in developing and design of complex mechanical systems. Moreover, simulation during operation gained in importance in the recent years, e.g. for HIL-, MIL- or monitoring applications. In this paper we discuss the numerical simulation of multibody systems on different platforms. The main section of this paper deals with the simulation of an established truck model [9] on different platforms, one microcontroller and two real-time processor boards. Additional to numerical C-code the latter platforms provide the possibility to build the model with a commercial mbs tool, which is also investigated. A survey of different ways of generating code and equations of mbs models is given and discussed concerning handling, possible limitations as well as performance. The presented benchmarks are processed under terms of on-board real time applications. A further important restriction, caused by the real-time requirement, is a fixed integration step size. Whence, carefully chosen numerical integration algorithms are necessary, especially in the case of closed loops in the model. We investigate linearly-implicit time integration methods with fixed step size, so-called Rosenbrock methods, and compare them with respect to their accuracy and performance on the tested processors.
Fiber-reinforced plastics are hybrid materials designed for the needs of the 21st century.
With their capability to form low weight structures, while preserving high stiffness
and excellent damping, these composites provide solutions for a broad range of markets.
Unfortunately, some of these advantages are not used in practice because there exist
no fast and automated manufacturing processes for efficient production. In the research
field of continuous-reinforced thermoplastic composites, industry is facing a
challenge of high viscose polymer melt and thereby an imperfect fiber wet-out. As a
result, synergy effects of fibers within a polymer could not be fully exploited.
The topic of this work is to adapt new processing technologies for reactive thermoplastic
polymers. On one hand, fast heating and cooling options offer processes with
shorter cycle time, and on the other hand, low viscosity of reactive polymers impregnates
the textile structures faster. This results in faster and cheaper manufacturing of
composites that are yet to be realized for the market.
All FRPCs were produced on a continuous compression molding press. As a noncontinuous
technology, an inductive heated CageSystem® from RocTool has been
selected. Entropically driven ring-opening cyclic oligomers form Cyclics with waterlike
melt viscosities are chosen as reactive matrix.
The viscosity of Cyclic Butylene Terephthalate (CBT*) was measured using a rheometer.
The rheological behavior is determined under isothermal conditions for various
temperatures. The chemical transformation from oligomer to macromolecule pCBT1
was assessed by size exclusion chromatography. Based on these studies, a kinetic
polymerization model was constructed which involved an Arrhenius-type equation. By
using the activation energy and pre-exponential factor, it was possible to offer an
exact mathematical solution for the prediction of isothermal conversion. A numerical
solution of the Arrhenius equation helped to predict the polymerization for any timetemperature
conditions. Furthermore, the polymerization model was extended to describe
the chemo-rheology. Inserting specific material parameters, the bipartite model
was able to provide a numerical prognosis for the viscosity with the input parameters
time-temperature. All models were calibrated and validated with the experimental
data. The continuous compression molding press was used to consolidate CBT-prepregs
and PBT-prepregs. As reinforcing phase, a multiaxial non-crimp-fabric from Ahlstrom
was used. This fabric contained glass fibers with a “CBT*-compatible” sizing. The
design of experiments was mainly focusing on the variation in the temperature distribution
in process direction with respect to process speeds. An extensive analysis,
from optical to energy absorption, was performed on the resulting FRPC-product,
called organic sheet. All test results showed a better performance for GF-pCBT
compared to GF-PBT. Even for much higher process speed, the material properties
of GF-pCBT did not deteriorate strongly in contrast to GF-PBT. The enhancement
was traced to a better fiber-matrix interface (e.g., ILSS values) and to an excellent
fiber wet-out with pCBT (e.g., SEM pictures).
Viscosity and impregnation are the main factors behind the transversal visco-elastic
impregnation model that was deduced. An arithmetic function that tracks the impregnation
process for the classical thermoplastic PBT and its reactive pendant CBT*
was derived. This was based on the dimensionless B-factor which was considered as
technology independent performance indicator. The model was able to link the fast
impregnation with CBT* - the viscosity of which is 10-5 magnitude lower than PBT - to
all temperature-time-conditions. An optimization method was used to find process
parameters to realize a minimum cycle time for the continuous process. This model
was adapted to the non-continuous pressing technology to find the minimum cycle
time.
To evaluate the economic potential, a transparent process analysis was set up in
form of a static cost calculation. In a first step, all monetary activities from each technology
were identified and rated. The cycle time - as main capacity indicator - was
based on the chemo-rheological model introduced above. Different break-even
analyses and production costs highlighted the techno-economic potential of the related
process-material-combination. A synergistic effect between innovative process
technologies and reactive thermoplastic polymer was found.
Faster and more efficient technologies for the production of fiber-reinforced plastics
have been systematically developed and evaluated. The results were achieved with
an intelligent combination of manufacturing technology and modern reactive thermoplastic
polymers. Moreover, the approach of this work can be transferred to the other
reactive thermoplastic matrix-based composites.
Zur Entwicklung und Optimierung leistungsfähiger Katalysatoren werden zahlreiche Versuche durchgeführt, die geplant, dokumentiert und ausgewertet werden müssen. Das im Rahmen dieses interdisziplinären Promotionsvorhabens entwickelte elektronische Dokumentationssystem beschleunigt diese Arbeitsschritte deutlich und hilft, Fehler zu vermeiden. Es wurde im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte zu innovativen Decarboxylierenden Kreuzkupplungsreaktionen mit Cu/Pd-Katalysatorsystemen erfolgreich eingesetzt. Die neu entwickelten Eintopfsynthesen eröffnen einen neuen Zugangsweg zu unsymmetrischen Arylketonen und Azomethinen in guten bis sehr guten Ausbeuten. Gegenüber herkömmlichen Decarboxylierungsreaktionen konnte die erforderliche Reaktionstemperatur erheblich abgesenkt werden.
Während der bayerisch-böhmische Grenzraum früher mit dem Image der Rückständigkeit behaftet war, stellt seine Lage an zwei Märkten und zwei Kulturregionen heute eine gewisse Standortgunst dar. Die abnehmende Bedeutung der Staatsgrenze führt dazu, dass Unter-nehmen die neuen Optionen zur Gewinnung von Arbeitskräften, Geschäftspartnern und Kunden im Nachbarland nutzen und horizontale und vertikale Kooperationen im Nachbarland eingehen. Dies bietet die Chance, die grenzüberschreitenden Verflechtungen weiter-zu entwickeln. Voraussetzung hierfür ist allerdings der erfolgreiche Umgang mit der kulturellen Diversität des Raumes. Kulturelle Diversität in Grenzregionen wird durch die durchlässige Grenze verursacht, z. B. durch Aufenthalte im Nachbarland. In jeder Verflechtung treffen fremdkulturelle Partner aufeinander und nutzen ihre kulturelle Prägung weiter als Orientierungssystem. Ein hohes Interesse an Kultur ist grenzüberschreitenden Akteuren aus der Wirtschaft zuzuschreiben. Oft werden die Kooperationen zwischen Deutschland und Tschechien als ein Dilemma be-zeichnet. Obwohl die Rahmenbedingungen für grenzüberschreitende Kooperationen als gut und die Notwendigkeit der Zusammenarbeit als offensichtlich einzustufen sind, sind viele Kooperationen wenig erfolgreich. Ziel der bewussten Zusammenarbeit fremdkultureller Partner ist die Erzielung kultureller Synergien. Es gilt zum Einen die enormen Potenziale unterschiedlicher Denk- und Handlungsweisen in Europa ökonomisch zu nutzen. Zum Anderen muss kultursensibles Verhalten gelehrt werden, um Fehleinschätzungen und Konflikten vor-beugen zu können. Kultur ist universell und dient den Angehörigen einer Kultur als Orientierungssystem. Sie ist die Basis, unter der Menschen Wirtschaftsformen und -prozesse entwickeln. Bei einer Zusammenarbeit von Partnern aus beiden Teilen der Grenzregionen, die beide entsprechend ihrer kulturellen Prägung ein und dasselbe Umfeld unterschiedlich wahrnehmen, ist die Entstehung von Konflikten häufig. BERNREUTHER sieht kulturelle Nähe daher als eine Voraussetzung für ökonomische Verflechtungen an. Ausgangspunkt ist die Überlegung, dass ökonomisches Handeln nicht zwischen isolierten Akteuren, sondern in sozialen Systemen eingebettet ist. Für die Qualität der Beziehungen sind Vertrauen und der Wille zur Zusammenarbeit entscheidend. Durch die Zugehörigkeit der Akteure zu verschiedenen Kulturen bei grenzüberschreitenden Interaktionen vergrößert sich die soziokulturelle Heterogenität, wo-mit der Vertrauensaufbau schwieriger wird. Es können aber auch kulturelle Synergien ent-stehen und die regionale Innovationsfähigkeit gesteigert werden. So belegen empirische Studien, dass Regionen mit einer hohen Multikulturalität ein sehr hohes Innovationspotenzial besitzen. Der ostbayerische Grenzlandkreis Cham konnte sich in den 1990er Jahren von einer Problemregion zu einem prosperierenden Standort entwickeln. Es gibt bereits gute Erfahrungen mit grenzüberschreitenden Projekten und kulturellen Synergien. Der Landkreise wurde als qualitatives Fallbeispiel ausgewählt, um auf Grundlage von Experteninterviews zu analysieren, wie kulturelle Diversität auf die Handlungsfelder der Wirtschaftsförderung wirkt und kulturelle Synergien entstehen. Regionale Herausforderungen sind die Anlässe im Landkreis Cham, die die Zusammenarbeit mit der westböhmischen Nachbarregion befördern. So gibt es einen direkten Bezug zwischen den aktuellen Herausforderungen und der Erhöhung grenzüberschreitender Verflechtungen. Als Herausforderungen der wirtschaftlichen Entwicklung werden von den befragten Experten -demographischer Wandel/Fachkräftemangel -Erhöhung der regionalen Innovationsfähigkeit -Weiterentwicklung des Fremdenverkehrs (durch regionale Kooperationen) -Abgrenzung zu den Metropolregionen München und Nürnberg genannt. Die kulturelle Diversität wirkt sich über wirtschaftliche Verflechtungen aus. Grenzüberschreitende Verflechtungen und somit kulturelle Synergien mit der tschechischen Nachbarregion sind für die Wirtschaftsförderung von zunehmender Bedeutung. Das tschechische Improvisationsgeschick wird als Basis für die bayerisch-böhmische Synergieentwicklung und eine langfristige Zusammenarbeit angesehen. Auf Grund der kulturellen Gegebenheiten ist ein Vertrauensaufbau nur über gegenseitige persönliche Wertschätzung zu erlangen. Dieses Vertrauen ist grundsätzlich für die Entfaltung des tschechischen Improvisationsgeschicks notwendig. Vertrauen ist in diesem Kontext stark personalisiert und eng an die hohe Bedeutung der Netzwerkreputation verknüpft. Für die Kontaktaufnahme ist deshalb der Leumund einer Person über dem Akteur bekannte Dritte ein wichtiges Faktum. So haben in Tschechien informelle Netzwerke einen hohen Stellenwert. Sie sind die Basis, um in Kontakt zu treten und Kooperationen aufzubauen.
Point defects in piezoelectric materials – continuum mechanical modelling and numerical simulation
(2010)
The topic of this work is the continuum mechanic modelling of point defects in piezoelectric materials. Devices containing piezoelectric material and especially ferroelectrics require a high precision and are exposed to a high number of electrical and mechanical load cycles. As a result, the relevant material properties may decrease with increasing load cycles. This phenomenon is called electric fatigue. The transported ionic and electric charge carriers can interact with each other, as well as with structural elements (grain boundaries, inhomogeneities) or with material interfaces (domain walls). A reduced domain wall mobility also reduces the electromechanical coupling effect, which leads to the electric fatigue effect. The materials considered here are barium titanate and lead zirconate titanate (PZT), in which oxygen vacancies is the most mobile and most frequently appearing defect species. Intentionally introduced foreign atoms (dopants) can adjust the material properties according to their field of application by generating electric dipoles with the vacancies. Agglomerations of point defects can strongly influence the domain wall motion. The domain wall can be slowed down or even be stopped by the locally varying fields in the vicinity of the clusters. Accumulations of point defects can be detected at electrodes, pores or in the bulk of fatigued samples. The present thesis concentrates focuses on the self interaction behaviour of point defects in the bulk. A micro mechanical continuum model is used to show the qualitative and the quantitative interaction behaviour of defects in a static setup and during drift processes. The modelling neglects the ferroelectric switching mechanisms, but is applicable to every piezoelectric material. The underlying differential equations are solved by means of analytical (Green's functions) and numerical (Finite Differences with discrete Fourier Transform) methods, depending on the boundary conditions. The defects are introduced as localised Eigenstrains, as electric charges and as electric dipoles. The required defect parameters are obtained by comparisons with atomistic methods (lattice statics). There are no standardised procedures available for the parameter identification. In this thesis, the mechanical parameter is obtained by a comparison of relaxation volumes of the atomic lattice and the continuum solution. Parameters for isotropic and anisotropic defect descriptions are identified. The strength of the electric defect is obtained by a comparison of the electric internal energies of atomistics and continuum. The appearing singularities are eliminated by taking only the energy difference of a infinite crystal and a periodic cell into account. Both identification processes are carried out for the cubic structure of barium titanate, which decouples the mechanical and the electrical problem. The defect interaction is analysed by means of configurational forces. The mechanical defect parameter generates a directional short-range attraction between defects. An electrical defect parameter produces the long-range Coulomb interaction, which predicts a repulsion of two similar charges. Additionally, an interaction with defect dipoles is taken into account. It is shown that a defect agglomeration is possible for any static defect configuration. Finally, defect drift is simulated using a thermodynamically motivated migration law based on configurational forces. In this context, the migration of point defects due to self interaction, and the influence of external fields is investigated.
Vor kurzem wurde MOT1 als Molybdat-Transportprotein in Arabidopsis thaliana identifiziert. Unter Zuhilfenahme von GFP-Fusionsproteinen konnte als subzelluläre Lokalisierung des Proteins die Membran des Endoplasmatischen Retikulums (ER) in dieser Arbeit identifiziert werden. Auch wurde hier demonstriert, dass das mit Abstand nächste Homolog des Proteins, MOT2, ist in der vakuolären Membran, dem Tonoplasten, lokalisiert ist. Unter Standarbedingungen zeigten mot1-KO-Pflanzen reduzierte Molybdatgehalte im Blatt und Keimlinge wiesen Wachstumsdefizite in Abwesenheit von Molybdat auf. Dies führte zu der Annahme, dass MOT1 nicht, wie bislang angenommen, den Hauptimporter für Molybdat in die Zelle darstellt. Durch die Quantifizierung vakuolärer Molybdatgehalte konnte einerseits die Vakuole als Hauptspeicherort für Molybdat in der pflanzlichen Mesophyllzelle und andererseits MOT1 als wichtigstes Protein zur Beladung der Vakuole mit dem Spurenelement identifiziert werden. Die Blätter von mot2-KO-Pflanzen zeigten erhöhte Molybdatgehalte und die Bedeutung des Proteins für die Remobilisierung des essentiellen Molybdats während der Seneszenz konnte mittels Transkriptanalysen und Molybdatquantifizierung in Samen und seneszenten Blättern gezeigt werden. Mittels Fluoreszenzanalysen konnte zusätzlich eine wichtige Determinante der Zielsteuerung von Proteinen zum Tonoplasten identifiziert werden. Durch Mutagenese zweier Leucinreste am N-Terminus von MOT2 ist das korrekte Targeting in die vakuoläre Membran gestört und das Protein lokalisiert fälschlicherweise in der Plasmamembran. Es konnte ein Modell für den intrazellulären Molybdattransport vorgestellt werden. So transportiert MOT1 das Anion ins ER, von wo aus es über Vesikelfluss zur Vakuole gelangt. MOT2 stellt das tonoplastidäre Protein für den Export des Spurenelements aus der Vakuole, besonders während der Seneszenz, dar. Auch konnte eine Korrelation zwischen dem Molybdatgehalt und der Konzentration von Moco, sowie dessen Vorstufe MPT, identifiziert werden. Dies liefert Hinweise auf eine Regulation der Moco-Biosynthese in Abhängigkeit von der zellulären Molybdatkonzentration.
Das Futtersuchverhalten von Blattschneiderameisen (BSA) weist zwei Besonderheiten auf, die bislang nicht mit der Theorie des optimalen Nahrungserwerbs in Übereinstimmung gebracht werden konnten: sie (i) verlassen ihre Nahrungspflanzen frühzeitig bevor diese komplett entlaubt sind und (ii) ernten Bäume in beträchtlicher Distanz , obwohl conspezifische Bäume (mit scheinbar gleicher Blattqualität) näher am Nest liegen. Eine mögliche kausale Erklärung bietet die Hypothese induzierter Pflanzenabwehr (induced-defence hypothesis), durch welche die beobachteten Futtersuchmuster als zeitlich und räumlich dynamisches Mosaik aus induzierter, wenig induzierter und nicht induzierter Pflanzenabwehr in Pflanzenindividuen und Pflanzenteilen zu verstehen wären. In diesem Kontext war es das Ziel meiner Diplomarbeit zu klären ob und mit welcher Wirkung herbivorieinduzierte Pflanzenvolatile (HIPVs) von BSA perzipiert werden. Der Fokus lag dabei auf der jeweils spezifischen Rolle der beiden symbiontischen Partner des BSA-Systems (Ameisen und Pilz) und möglichen Interaktionen zwischen ihnen. Im ersten Untersuchungsabschnitt wurden Atta colombica-Arbeiterinnen in olfaktometrischen Wahlexperimenten mit einzelnen Komponenten und dem naturgetreuen Mix der HIPVs der Limabohne (Phaseolus lunatus) konfrontiert. Da hierbei kein Eintrag induzierter Blätter in die Kolonie stattfand, blieb der symbiotische Pilz unbeeinflusst von den HIPVs. Um andererseits spezifisch die Reaktion des Pilzpartners auf die HIPVs der Limabohne zu beurteilen, wurden Wachstumsassays mit Kulturen des Gartenpilzes Leucoagaricus gongylophorus durchgeführt. Zentrale Ergebnisse meiner Untersuchung waren: (1) BSA-Arbeiterinnen zeigten im Olfaktometer keine Reaktion auf verschiedene Konzentrationen der Limabohnen-HIPVs (Abb. 1); (2) Hingegen konnten für eine Reihe von HIPVs antimykotische Eigenschaften auf den symbiotischen Pilz nachgewiesen werden (Abb. 2). Im Lichte dieser Ergebnisse sind viele bisher publizierte Hinweise auf die repellente Wirkung von HIPV-Komponenten auf BSA-Kolonien/Arbeiterinnen (Aigner 2007, Tremmel 2008) nur dann zu verstehen, wenn man sie als eine nachträgliche, vom symbiotischen Pilz vermittelte‚ verzögerte Ablehnung (so genannte delayed rejection hypothesis, sensu Knapp et al 1990) interpretiert. Pilz-inhibierende Substanzen werden dabei zunächst von BSA- Arbeiterinnen in die Kolonie eingetragen und zu einem späteren Zeitpunkt abgelehnt. Die vorliegende Studie kann somit als Unterstützung der induced-defence hypothesis gelten.
Personalentwicklung junger Graduierter und Forschender - Das Personalkonzept der TU Kaiserslautern
(2010)
Der Artikel befasst sich mit dem Personalkonzept der TU Kaiserslautern (TUK) im Bereich des Postgradualen. Der Grundgedanke konnte u.a. mit den Förderungen der Stiftung Mercator und des Stifterverbands für die Deutsche Wissenschaft erstmalig an der TUK erprobt werden und wurde anschließend als Teil des Weiterqualifizierungskonzepts der TUK von der International School for Graduate Studies (ISGS )übernommen.
Die Entwicklung von beta-Laktam-Resistenz in dem Pathogen Streptococcus pneumoniae (S. pneu-moniae) stellt einen komplexen Prozess dar, welcher auf einer Modifikation der Penicillin-Bindeproteine (PBP), der Targetstrukturen von beta-Laktam-Antibiotika beruht. PBP sind Membran-gebundene Enzyme, welche essentielle Reaktionen bei der bakteriellen Zellwand-Synthese katalysieren. Diese Proteine werden im Zuge der Resistenzentstehung so verändert, dass beta-Laktame nicht mehr oder nur noch mit geringer Affinität gebunden werden, das physiologische Substrat aber noch erkannt werden muß. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem PBP2x von S. pneumoniae, das als essentielles PBP und wichtigste primäre Resistenzdeterminante einen hohen Stellenwert bei der Entstehung von beta-Laktam-Resistenz in diesem Organismus einnimmt. Obwohl dieses PBP zu den am besten untersuchten PBP gehört, bleiben die Resistenzrelevanz einzelner Punktmutationen und die mit der Veränderung des Proteins einhergehenden physiologischen Folgen für die Zelle weitgehend unklar. Zentraler Inhalt dieser Arbeit war die Untersuchung des Effekts von PBP2x-Mutationen auf die Resistenz, Funktionalität von PBP2x und Zellphysiologie im Kontext mit der sekundären Resistenzdeterminante PBP1a und den beiden Zwei-Komponenten-Systemen CiaRH, welches in die Cefotaxim-Resistenz, genetische Kompetenz und Virulenz involviert ist und ComDE, das die genetische Kompetenz reguliert. Besonderes Interesse galt dabei der Position Thr338, welche sich unmittelbar benachbart zum aktiven Serin befindet und in den meisten resistenten klinischen Isolaten zu Alanin, Prolin oder Glycin mutiert ist. Durch eine gerichtete Mutagenese dieser Position im Wildtyp R6 konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass eine Thr338-Punktmutation einen selektionierbaren Resistenz-Phänotyp in vivo vermittelt, wobei abhängig von dem jeweiligen Austausch unterschiedliche Resistenzniveaus und Kreuzresistenzspektren zu beobachten waren. Abgesehen von einem nur moderaten Beitrag zur Resistenz, betraf eine solche Substitution offenbar auch die Funktionalität von PBP2x, was sich auf dramatische Art und Weise in Abwesenheit eines intakten CiaRH-Regulationssystems äußerte: Es kam zu Wachstumsdefekten, insbesondere einer verfrühten und verstärkten Autolyse, morphologischen Aberrationen und einer verminderten Lebensfähigkeit. Entgegen aller Erwartungen führte die Präsens eines Mosaik-PBP1a in dem genetischen Hintergrund der Thr338-Mutation nicht zu einem weiteren Anstieg der Resistenz, sondern bewirkte sogar einen leichten Abfall. Dennoch komplementierte das Mosaik-PBP1a die durch das Fehlen eines funktionsfähigen CiaRH-Systems hervorgerufenen Wachstumsdefizienzen. Der Vergleich zwischen dem PBP2x mit Thr338-Punktmutation und einem Mosaik-PBP2x deckte gravierende Unterschiede im Hinblick auf das Resistenzpotential und die physiologischen Auswirkungen auf. Anders als bei der PBP2x-Punktmutation waren bei dem Mosaik-PBP2x fast keine Wachstumseinbußen zu verzeichnen, wenn es mit einem inaktiven Zwei-Komponenten-System CiaRH kombiniert wurde, und die Anwesenheit eines Mosaik-PBP1a brachte eine starke Erhöhung der Cefotaxim-Resistenz mit sich. Beiden pbp2x-Allelen war jedoch gemeinsam, dass die Abwesenheit eines PBP1a massive Defekte im Wachstum zur Folge hatte. Alle diese Beobachtungen deuteten auf eine mögliche Interaktion zwischen PBP2x und PBP1a hin. Die Analyse der Zellwand einer Mutante mit zwei PBP2x-Aminosäureaustauschen, von denen einer in resistenten klinischen Stämmen anzutreffen ist, ergab eine biochemisch modifizierte Zellwand, in der bei einem fast gleichbleibenden Anteil an verzweigten Dimeren, Monomere erhöht, und lineare Dimere und Trimere reduziert waren. Diese Befunde ließen auf eine enzymatische Beeinträchtigung dieses PBP2x schließen. Ein von CiaRH ausgehender Effekt konnte nicht festgestellt werden. Eine Inaktivierung des für den Export des Kompetenz-stimulierenden Peptids CSP verantwortlichen ABC-Transporters ComAB in Kombination mit einem nicht-funktionellen CiaRH-System bewirkte im Wildtyp eine vollständige, in PBP2x-Punktmutanten eine nur teilweise Aufhebung der vorzeitigen stationären Phase-Autolyse. Darüber hinaus machte sich bei einem der PBP2x-Derivate, welches zusätzlich über eine Cefotaxim-Resistenz-vermittelnde Aminosäuresubstitution in CiaH verfügte, bei ciaR-Inaktivierung sowohl ein Verlust der CiaH- als auch eine partielle Einbuße der PBP2x-Resistenz bemerkbar, bei comAB-Inaktivierung hingegen aber ausschließlich ersteres. Hieraus konnte zum einen auf einen direkten Bezug des Lyse-Phänotyps zu der Kompetenz und der CiaRH-Resistenz zu ComAB geschlossen werden, zum anderen auf einen CiaRH-unabhängigen Einfluss von PBP2x auf die Kompetenz und Autolyse. Tatsächlich bestätigte eine Bestimmung der Transformationseffizienz von Mutanten mit verschiedenen Konstellationen aus niederaffinen und unmodifizierten PBP, dass das Kompetenzmuster bzw. -ausmaß von der jeweiligen PBP-Ausstattung moduliert wird. Auch eine Microarray-basierte globale Transkriptomanalyse dieser Mutanten sowie spontan resistenter Labormutanten mit PBP2x- und CiaH-Mutationen suggerierte eine von CiaRH-entkoppelte Einflussnahme der PBP auf die Kompetenz. Zudem zeugten die Transkriptionsmuster von einem vielschichtigen Regulationsnetzwerk der Resistenzentwicklung unter Beteiligung von Kompetenz, Bakteriocinproduktion, Virulenz, Metabolismus, Transportprozessen und Energiestatus, was möglicherweise eine indirekte Folge einer gestörten Zellwand- und Membranintegrität darstellt. Durch die Extraktion von intergenen Bereichen, sowie potentiellen neuen Resistenzdeterminanten bzw. Resistenz-unterstützenden Genen, wie den Gen-Clustern spr1545-spr1549 und spr0096-spr0110 oder den Genen des Purinstoffwechsels wurde die Basis für weiterführende Untersuchungen geschaffen. Die hier vorgestellten Daten demonstrieren, dass der Erwerb von beta-Laktam-Resistenz nicht nur von Vorteil ist, sondern auch physiologische Konsequenzen für die Zelle hat, die sie kompensiert, um ein möglichst stabiles Wachstum zu gewährleisten. Über die Zellwand-Zusammensetzung und Kompetenz konnte erstmalig eine Verbindung von PBP2x zu CiaRH hergestellt werden. Eine konkrete kompensatorische Wirkung dieses Regulons hinsichtlich PBP2x-Mutationen wurde mit der Repression der Kompetenzlyse ausfindig gemacht. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde basierend auf einer früheren Veröffentlichung, in der eine Inaktivierung des Gens für das PBP2b von S. pneumoniae erfolglos blieb, erneut versucht, eine solche Mutante herzustellen. Obwohl lebensfähige Transformanten generiert werden konnten, war es nicht möglich eine pbp2b-Inaktivierungs- bzw. Deletionsmutante zu isolieren, sodass PBP2b in diesem Organismus weiterhin als essentielles Protein angesehen werden kann.
Aus dem Blickwinkel der raumplanungsbezogenen Systemtheorie stellt die Wissensgesellschaft ein neues Aktivitätssystem dar, in dem Politik, Kultur, Umwelt, Technik, Wirtschaft, Recht, soziale Aspekte und andere wichtige Elemente als eine organische Gesamtheit eng miteinander vernetzt sind. Die Relevanz des Raumes verändert sich, vor allem wenn Städte bzw. Metropolen vorhanden sind, welche die Knoten mit wachsender Bedeutung in einem räumlichen Entwicklungsnetz darstellen. Die schnelle Produktion und Verbreitung von neuem Wissen bringt neue Impulse und Dynamik in die räumlichen Planungsprozesse, bei denen Kommunikation und Koordination wichtiger denn je werden. Die Wissensgesellschaft im Rahmen der räumlichen Planung ist gekennzeichnet durch eine wachsende Zahl von Kommunikationsmöglichkeiten und die Vereinfachung des allgemeinen Zugangs zu raumbezogenen Informationen. Die Kommunikationsnetze der Raumkomponenten bilden die Grundlage für eine räumliche Nachrichtenplattform, die sowohl wichtige Informationen als auch allgemeine Neuigkeiten verbreiten kann. Die Raum- und Stadtplanung befindet sich auf den Weg der Kooperation sowie der partnerschaftlichen Zusammenarbeit, und die Grundstruktur der Regional- und Stadtentwicklung ist durch dezentralisierende und vernetzende Tendenzen gekennzeichnet. In dieser Dissertation wird herausgearbeitet, inwieweit die auf Vernetzung und Koordinierung ausgerichtete Raumentwicklung nach neuen, innovativen Planungsverfahren verlangt vor dem Hintergrund, dass sich die Raumstruktur in der Wissensgesellschaft radikal verändert. Grenzübergreifende Entwicklungen und Kooperationen in der Planung sind Felder, die nicht nur auf die offizielle Politik- und Verwaltungsebene beschränkt sein sollten. Auch nichtoffizielle Institutionen (NGO’s, Planungsbüros, Privatpersonen) können in diesem Bereich Impulse geben, wenn sie über entsprechende Informationen verfügen. Neue Kommunikationstechniken zu vermitteln und darüber hinaus zunehmend Wissens- und Lernangebote zu eröffnen, ist eine Hauptaufgabe in dieser neuen Gesellschaftsstruktur. Im Rahmen dieser Dissertation wurde untersucht, inwieweit in Taiwan zum Zeitpunkt des Übergangs in die Wissensgesellschaft der Einsatz der Informations- und Kommunikationstechnik die Herstellung von raumbezogener Identität, lokaler Ortsbezogenheit und landschaftsspezifischen Raumkonzepten unterstützen kann. Dazu wird eine Informationsplattform für die Raumplanung Taiwans und die Kommunikation entwickelt und mit einem wichtigen Pilotprojekt in Taiwan – ‚Kaohsiung Advanced Intelligent Science Park‘ – vorgestellt.
This thesis deals with the solution of special problems arising in financial engineering or financial mathematics. The main focus lies on commodity indices. Chapter 1 addresses the important issue for the financial engineering practice of developing well-suited models for certain assets (here: commodity indices). Descriptive analysis of the Dow Jones-UBS commodity index compared to the Standard & Poor 500 stock index provides us with first insights of some features of the corresponding distributions. Statistical tests of normality and mean reversion then helps us in setting up a model for commodity indices. Additionally, chapter 1 encompasses a thorough introduction to commodity investment, history of commodities trading and the most important derivatives, namely futures and European options on futures. Chapter 2 proposes a model for commodity indices and derives fair prices for the most important derivatives in the commodity markets. It is a Heston model supplemented with a stochastic convenience yield. The Heston model belongs to the model class of stochastic volatility models and is currently widely used in stock markets. For the application in the commodity markets the stochastic convenience yield is included in the drift of the instantaneous spot return process. Motivated by the results of chapter 1 it seems reasonable to model the convenience yield by a mean reverting Ornstein-Uhlenbeck process. Since trading desks only apply and consider models with closed form solutions for options I derive such formulas for commodity futures by solving the corresponding partial differential equation. Additionally, semi-closed form formulas for European options on futures are determined. The Cauchy problem with respect to these options is more challenging than the first one. A solution can be provided. Unlike equities, which typically entitle the holder to a continuing stake in a corporation, commodity futures contracts normally specify a certain date for the delivery of the underlying physical commodity. In order to avoid the delivery process and maintain a futures position, nearby contracts must be sold and contracts that have not yet reached the delivery period must be purchased (so called rolling). Optimal trading days for selling and buying futures are determined by applying statistical tests for stochastic dominance. Besides the optimization of the rolling procedure for commodity futures we dedicate ourselves in chapter 3 with the optimization of the weightings of the commodity futures that make up the index. To this end, I apply the Markowitz approach or mean-variance optimization. The mean-variance optimization penalizes up-side and down-side risk equally, whereas most investors do not mind up-side risk. To overcome this, I consider in the next step other risk measures, namely Value-at-Risk and Conditional Value-at-Risk. The Conditional Value-at-Risk is generalized to discontinuous cumulative distribution functions of the loss. For continuous loss distributions, the Conditional Value-at-Risk at a given confidence level is defined as the expected loss exceeding the Value-at-Risk. Loss distributions associated with finite sampling or scenario modeling are, however, discontinuous. Various risk measures involving discontinuous loss distributions shall be introduced and compared. I then apply the theoretical results to the field of portfolio optimization with commodity indices. Furthermore, I uncover graphically the behavior of these risk measures. For this purpose, I consider the risk measures as a function of the confidence level. Based on a special discrete loss distribution, the graphs demonstrate the different properties of these risk measures. The goal of the first section of chapter 4 is to apply the mathematical concept of excursions for the creation of optimal highly automated or algorithmic trading strategies. The idea is to consider the gain of the strategy and the excursion time it takes to realize the gain. In this section I calculate formulas for the Ornstein-Uhlenbeck process. I show that the corresponding formulas can be calculated quite fast since the only function appearing in the formulas is the so called imaginary error function. This function is already implemented in many programs, such as in Maple. My main contribution of this topic is the optimization of the trading strategy for Ornstein-Uhlenbeck processes via the Banach fixed-point theorem. The second section of chapter 4 deals with statistical arbitrage strategies, a long horizon trading opportunity that generates a riskless profit. The results of this section provide an investor with a tool to investigate empirically if some strategies (for example momentum strategies) constitute statistical arbitrage opportunities or not.
We present some optimality results for robust Kalman filtering. To this end, we introduce the general setup of state space models which will not be limited to a Euclidean or time-discrete framework. We pose the problem of state reconstruction and repeat the classical existing algorithms in this context. We then extend the ideal-model setup allowing for outliers which in this context may be system-endogenous or -exogenous, inducing the somewhat conflicting goals of tracking and attenuation. In quite a general framework, we solve corresponding minimax MSE-problems for both types of outliers separately, resulting in saddle-points consisting of an optimally-robust procedure and a corresponding least favorable outlier situation. Still insisting on recursivity, we obtain an operational solution, the rLS filter and variants of it. Exactly robust-optimal filters would need knowledge of certain hard-to-compute conditional means in the ideal model; things would be much easier if these conditional means were linear. Hence, it is important to quantify the deviation of the exact conditional mean from linearity. We obtain a somewhat surprising characterization of linearity for the conditional expectation in this setting. Combining both optimal filter types (for system-endogenous and -exogenous situation) we come up with a delayed hybrid filter which is able to treat both types of outliers simultaneously. Keywords: robustness, Kalman Filter, innovation outlier, additive outlier
In this work, we develop a framework for analyzing an executive’s own- company stockholding and work effort preferences. The executive, character- ized by risk aversion and work effectiveness parameters, invests his personal wealth without constraint in the financial market, including the stock of his own company whose value he can directly influence with work effort. The executive’s utility-maximizing personal investment and work effort strategy is derived in closed form for logarithmic and power utility and for exponential utility for the case of zero interest rates. Additionally, a utility indifference rationale is applied to determine his fair compensation. Being unconstrained by performance contracting, the executive’s work effort strategy establishes a base case for theoretical or empirical assessment of the benefits or otherwise of constraining executives with performance contracting. Further, we consider a highly-qualified individual with respect to her choice between two distinct career paths. She can choose between a mid-level management position in a large company and an executive position within a smaller listed company with the possibility to directly affect the company’s share price. She invests in the financial market including the share of the smaller listed company. The utility maximizing strategy from consumption, investment, and work effort is derived in closed form for logarithmic utility and power utility. Conditions for the individual to pursue her career with the smaller listed company are obtained. The participation constraint is formulated in terms of the salary differential between the two positions. The smaller listed company can offer less salary. The salary shortfall is offset by the possibilityto benefit from her work effort by acquiring own-company shares. This givesinsight into aspects of optimal contract design. Our framework is applicable to the pharmaceutical and financial industry, as well as the IT sector.
The scope of this paper is to enhance the model for the own-company stockholder (given in Desmettre, Gould and Szimayer (2010)), who can voluntarily performance-link his personal wealth to his management success by acquiring stocks in the own-company whose value he can directly influence via spending work effort. The executive is thereby characterized by a parameter of risk aversion and the two work effectiveness parameters inverse work productivity and disutility stress. We extend the model to a constant absolute risk aversion framework using an exponential utility/disutility set-up. A closed-form solution is given for the optimal work effort an executive will apply and we derive the optimal investment strategies of the executive. Furthermore, we determine an up-front fair cash compensation applying an indifference utility rationale. Our study shows to a large extent that the results previously obtained are robust under the choice of the utility/disutility set-up.
In the classical Merton investment problem of maximizing the expected utility from terminal wealth and intermediate consumption stock prices are independent of the investor who is optimizing his investment strategy. This is reasonable as long as the considered investor is small and thus does not influence the asset prices. However for an investor whose actions may affect the financial market the framework of the classical investment problem turns out to be inappropriate. In this thesis we provide a new approach to the field of large investor models. We study the optimal investment problem of a large investor in a jump-diffusion market which is in one of two states or regimes. The investor’s portfolio proportions as well as his consumption rate affect the intensity of transitions between the different regimes. Thus the investor is ’large’ in the sense that his investment decisions are interpreted by the market as signals: If, for instance, the large investor holds 25% of his wealth in a certain asset then the market may regard this as evidence for the corresponding asset to be priced incorrectly, and a regime shift becomes likely. More specifically, the large investor as modeled here may be the manager of a big mutual fund, a big insurance company or a sovereign wealth fund, or the executive of a company whose stocks are in his own portfolio. Typically, such investors have to disclose their portfolio allocations which impacts on market prices. But even if a large investor does not disclose his portfolio composition as it is the case of several hedge funds then the other market participants may speculate about the investor’s strategy which finally could influence the asset prices. Since the investor’s strategy only impacts on the regime shift intensities the asset prices do not necessarily react instantaneously. Our model is a generalization of the two-states version of the Bäuerle-Rieder model. Hence as the Bäuerle-Rieder model it is suitable for long investment periods during which market conditions could change. The fact that the investor’s influence enters the intensities of the transitions between the two states enables us to solve the investment problem of maximizing the expected utility from terminal wealth and intermediate consumption explicitly. We present the optimal investment strategy for a large investor with CRRA utility for three different kinds of strategy-dependent regime shift intensities – constant, step and affine intensity functions. In each case we derive the large investor’s optimal strategy in explicit form only dependent on the solution of a system of coupled ODEs of which we show that it admits a unique global solution. The thesis is organized as follows. In Section 2 we repeat the classical Merton investment problem of a small investor who does not influence the market. Further the Bäuerle-Rieder investment problem in which the market states follow a Markov chain with constant transition intensities is discussed. Section 3 introduces the aforementioned investment problem of a large investor. Besides the mathematical framework and the HJB-system we present a verification theorem that is necessary to verify the optimality of the solutions to the investment problem that we derive later on. The explicit derivation of the optimal investment strategy for a large investor with power utility is given in Section 4. For three kinds of intensity functions – constant, step and affine – we give the optimal solution and verify that the corresponding ODE-system admits a unique global solution. In case of the strategy-dependent intensity functions we distinguish three particular kinds of this dependency – portfolio-dependency, consumption-dependency and combined portfolio- and consumption-dependency. The corresponding results for an investor having logarithmic utility are shown in Section 5. In the subsequent Section 6 we consider the special case of a market consisting of only two correlated stocks besides the money market account. We analyze the investor’s optimal strategy when only the position in one of those two assets affects the market state whereas the position in the other asset is irrelevant for the regime switches. Various comparisons of the derived investment problems are presented in Section 7. Besides the comparisons of the particular problems with each other we also dwell on the sensitivity of the solution concerning the parameters of the intensity functions. Finally we consider the loss the large investor had to face if he neglected his influence on the market. In Section 8 we conclude the thesis.
Optimal control methods for the calculation of invariant excitation signals for multibody systems
(2010)
Input signals are needed for the numerical simulation of vehicle multibody systems. With these input data, the equations of motion can be integrated numerically and some output quantities can be calculated from the simulation results. In this work we consider the corresponding inverse problem: We assume that some reference output signals are available, typically gained by measurement and focus on the task to derive the input signals that produce the desired reference output in a suitable sense. If the input data is invariant, i.e., independent of the specific system, it can be transferred and used to excite other system variants. This problem can be formulated as optimal control problem. We discuss solution approaches from optimal control theory, their applicability to this special problem class and give some simulation results.
Online Delay Management
(2010)
We present extensions to the Online Delay Management Problem on a Single Train Line. While a train travels along the line, it learns at each station how many of the passengers wanting to board the train have a delay of delta. If the train does not wait for them, they get delayed even more since they have to wait for the next train. Otherwise, the train waits and those passengers who were on time are delayed by delta. The problem consists in deciding when to wait in order to minimize the total delay of all passengers on the train line. We provide an improved lower bound on the competitive ratio of any deterministic online algorithm solving the problem using game tree evaluation. For the extension of the original model to two possible passenger delays delta_1 and delta_2, we present a 3-competitive deterministic online algorithm. Moreover, we study an objective function modeling the refund system of the German national railway company, which pays passengers with a delay of at least Delta a part of their ticket price back. In this setting, the aim is to maximize the profit. We show that there cannot be a deterministic competitive online algorithm for this problem and present a 2-competitive randomized algorithm.
This thesis deals with the numerical study of multiscale problems arising in the modelling of processes of the flow of fluid in plain and porous media. Many of these processes, governed by partial differential equations, are relevant in engineering, industry, and environmental studies. The overall task of modelling and simulating the filtration-related multiscale processes becomes interdisciplinary as it employs physics, mathematics and computer programming to reach its aim. Keeping the challenges in mind, the main focus is to overcome the limitations of accuracy, speed and memory and to develop novel efficient numerical algorithms which could, in part or whole, be utilized by those working in the field of porous media. This work has essentially four parts. A single grid basic algorithm and a corresponding parallel algorithm to solve the macroscopic Navier-Stokes-Brinkmann model is discussed. An upscaling subgrid algorithm is derived and numerically tested for the same model. Moving a step further in the line of multiscale methods, an iterative Mutliscale Finite Volume (iMSFV) method is developed for the Stokes-Darcy system. Additionally, the last part of the thesis deals with ways to incorporate changes occurring at different (meso) scale level. The flow equations are coupled with the Convection-Diffusion-Reaction (CDR) equation, which models the transport and capturing of particle concentrations. By employing the numerical method for the coupled flow and transport problem, we understand the interplay between the flow velocity and filtration.
This work deals with the optimal control of a free surface Stokes flow which responds to an applied outer pressure. Typical applications are fiber spinning or thin film manufacturing. We present and discuss two adjoint-based optimization approaches that differ in the treatment of the free boundary as either state or control variable. In both cases the free boundary is modeled as the graph of a function. The PDE-constrained optimization problems are numerically solved by the BFGS method, where the gradient of the reduced cost function is expressed in terms of adjoint variables. Numerical results for both strategies are finally compared with respect to accuracy and efficiency.
This paper discusses a numerical subgrid resolution approach for solving the Stokes-Brinkman system of equations, which is describing coupled ow in plain and in highly porous media. Various scientic and industrial problems are described by this system, and often the geometry and/or the permeability vary on several scales. A particular target is the process of oil ltration. In many complicated lters, the lter medium or the lter element geometry are too ne to be resolved by a feasible computational grid. The subgrid approach presented in the paper is aimed at describing how these ne details are accounted for by solving auxiliary problems in appropriately chosen grid cells on a relatively coarse computational grid. This is done via a systematic and a careful procedure of modifying and updating the coecients of the Stokes-Brinkman system in chosen cells. This numerical subgrid approach is motivated from one side from homogenization theory, from which we borrow the formulations for the so called cell problem, and from the other side from the numerical upscaling approaches, such as Multiscale Finite Volume, Multiscale Finite Element, etc. Results on the algorithm's eciency, both in terms of computational time and memory usage, are presented. Comparison with solutions on full ne grid (when possible) are presented in order to evaluate the accuracy. Advantages and limitations of the considered subgrid approach are discussed.
In this article we present a method to generate random objects from a large variety of combinatorial classes according to a given distribution. Given a description of the combinatorial class and a set of sample data our method will provide an algorithm that generates objects of size n in worst-case runtime O(n^2) (O(n log(n)) can be achieved at the cost of a higher average-case runtime), with the generated objects following a distribution that closely matches the distribution of the sample data.
Ziel dieser Arbeit war, die Entwicklung von übergangsmetallkatalysierten Kreuzkupplungsreaktionen zur Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsknüpfungen, bei denen Carbonsäuren anstelle der traditionell verwendeten, jedoch ökologisch bedenklichen Organometall-verbindungen (z. B. metallorganische Verbindungen der Elemente Bor, Zinn, Zink, Kupfer oder Magnesium) als Startmaterialien eingesetzt werden. Der wesentlich Schwerpunkt dieser Arbeit bestand darin, die zu diesem Zeitpunkt neu entwickelte decarboxylierende Kreuzkupplungsreaktion von aromatischen Carbonsäuren mit Arylhalogeniden zur synthetischen Reife zu führen.
Modulation der akuten und chronischen Darmentzündung an Nagermodellen durch Inhaltstoffe des Apfels
(2010)
Chronisch entzündliche Darmerkrankungen (CED) zeigen in den westlichen Industriestaaten eine zunehmende Prävalenz. Verlauf und Ausdehnung sind sehr variabel und erfordern häufig eine komplexe und kostspielige Diagnostik und Therapie. Aufgrund ihrer Erkrankung sind die Patienten stark in ihrer Lebensqualität beeinträchtigt und haben ein erhöhtes Risiko an Darmkrebs zu erkranken. Aus diesen Gründen wird im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützten Projekts „Rolle von Nahrungsbestandteilen in der Genese von Darmerkrankungen und Möglichkeiten ihrer Prävention durch die Ernährung“ im Arbeitskreis von Herrn Prof. Dr. Dr. D. Schrenk die Beeinflussung und Vorbeugung von CED durch Lebensmittelinhaltsstoffe, hier in erster Linie durch Inhaltsstoffe des Apfels und des Apfelsafts mittels in vivo- und in vitro-Studien untersucht. Im Rahmen dieser Dissertation wird die Wirkung verschiedener Apfelsäfte auf eine chemisch induzierte Darmentzündung untersucht. Zu diesem Zweck werden zwei in-vivo Modelle eingesetzt, welche die beiden in Schüben verlaufenden, chronisch entzündlichen Darmerkrankungen Morbus Crohn (MC) und Kolitis Ulcerosa (CU) imitieren sollen. Das Trinitrobenzoesulfonsäure-Modell wird stellvertretend für den MC und das Dextransulfat-Natrium Modell stellvertretend für die CU eingesetzt. Durch die Gabe verschiedener Apfelsäfte vor und nach der Induktion der Entzündung soll der Einfluss der Säfte auf den Krankheitsverlauf ermittelt werden. In vitro wird der Einfluss verschiedener Apfelinhaltsstoffe und Apfelsaftextrakte auf die humane Monozyten-Makrophagenzelllinie Mono Mac 6 untersucht In den hier durchgeführten in vitro Studien konnte in Übereinstimmung mit den in vivo Versuchen gezeigt werden, dass die phenolischen Inhaltsstoffe des Apfels beziehungsweise ihre Abbauprodukte in der Lage sind, den Status des Immunsystems zu verändern beziehungsweise das Immunsystems zu aktivieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde festgestellt, dass die Gabe von Ballaststoffen den Gesamtgehalt an kurzkettigen Fettsäuren und Butyrat steigern kann, wobei dieser Effekt nur bei dauerhaftem Konsum der Ballaststoffe auftritt. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass sich die Gabe der verschiedenen Apfelsäfte positiv auf eine milde Entzündung auswirkt, während sich ein hoher Ballaststoffkonsum negativ auf eine starke Entzündung auswirkt.
Modeling of species and charge transport in Li-Ion Batteries based on non-equilibrium thermodynamics
(2010)
In order to improve the design of Li ion batteries the complex interplay of various physical phenomena in the active particles of the electrodes and in the electrolyte has to be balanced. The separate transport phenomena in the electrolyte and in the active particle as well as their coupling due to the electrochemical reactions at the interfaces between the electrode particles and the electrolyte will inuence the performance and the lifetime of a battery. Any modeling of the complex phenomena during the usage of a battery has therefore to be based on sound physical and chemical principles in order to allow for reliable predictions for the response of the battery to changing load conditions. We will present a modeling approach for the transport processes in the electrolyte and the electrodesbased on non-equilibrium thermodynamics and transport theory. The assumption of local charge neutrality, which is known to be valid in concentrated electrolytes, is explicitly used to identify the independent thermodynamic variables and uxes. The theory guarantees strictly positive entropy production. Dierences to other theories will be discussed.
Model-based fault diagnosis and fault-tolerant control for a nonlinear electro-hydraulic system
(2010)
The work presented in this thesis discusses the model-based fault diagnosis and fault-tolerant control with application to a nonlinear electro-hydraulic system. High performance control with guaranteed safety and reliability for electro-hydraulic systems is a challenging task due to the high nonlinearity and system uncertainties. This thesis developed a diagnosis integrated fault-tolerant control (FTC) strategy for the electro-hydraulic system. In fault free case the nominal controller is in operation for achieving the best performance. If the fault occurs, the controller will be automatically reconfigured based on the fault information provided by the diagnosis system. Fault diagnosis and reconfigurable controller are the key parts for the proposed methodology. The system and sensor faults both are studied in the thesis. Fault diagnosis consists of fault detection and isolation (FDI). A model-base residual generating is realized by calculating the redundant information from the system model and available signal. In this thesis differential-geometric approach is employed, which gives a general formulation of FDI problem and is more compact and transparent among various model-based approaches. The principle of residual construction with differential-geometric method is to find an unobservable distribution. It indicates the existence of a system transformation, with which the unknown system disturbance can be decoupled. With the observability codistribution algorithm the local weak observability of transformed system is ensured. A Fault detection observer for the transformed system can be constructed to generate the residual. This method cannot isolated sensor faults. In the thesis the special decision making logic (DML) is designed based on the individual signal analysis of the residuals to isolate the fault. The reconfigurable controller is designed with the backstepping technique. Backstepping method is a recursive Lyapunov-based approach and can deal with nonlinear systems. Some system variables are considered as ``virtual controls'' during the design procedure. Then the feedback control laws and the associate Lyapunov function can be constructed by following step-by-step routine. For the electro-hydraulic system adaptive backstepping controller is employed for compensate the impact of the unknown external load in the fault free case. As soon as the fault is identified, the controller can be reconfigured according to the new modeling of faulty system. The system fault is modeled as the uncertainty of system and can be tolerated by parameter adaption. The senor fault acts to the system via controller. It can be modeled as parameter uncertainty of controller. All parameters coupled with the faulty measurement are replaced by its approximation. After the reconfiguration the pre-specified control performance can be recovered. FDI integrated FTC based on backstepping technique is implemented successfully on the electro-hydraulic testbed. The on-line robust FDI and controller reconfiguration can be achieved. The tracking performance of the controlled system is guaranteed and the considered faults can be tolerated. But the problem of theoretical robustness analysis for the time delay caused by the fault diagnosis is still open.
In a dynamic network, the quickest path problem asks for a path such that a given amount of flow can be sent from source to sink via this path in minimal time. In practical settings, for example in evacuation or transportation planning, the problem parameters might not be known exactly a-priori. It is therefore of interest to consider robust versions of these problems in which travel times and/or capacities of arcs depend on a certain scenario. In this article, min-max versions of robust quickest path problems are investigated and, depending on their complexity status, exact algorithms or fully polynomial-time approximation schemes are proposed.
Bei Acrylamid handelt es sich um ein genotoxisches Kanzerogen, welches beim Erhitzen von Lebensmitteln gebildet wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit spezifische Lebensmittelmatrices die Bioverfügbarkeit und den Metabolismus von Acrylamid beeinflussen. Lebkuchen als zuckerhaltiges, fettarmes und trockenes Lebensmittel auf Getreidebasis und Pommes frites (fett- und wasserreich; Kartoffelbasis) die entweder direkt aus der Kartoffel geschnitten (mit intakter Gewebestruktur) oder aus Kartoffelerzeugnissen „rekombiniert“ wurden sowie Brotkruste wurden an männliche Sprague Dawley-Ratten über 1, 3, 5, 7 und 9 Tage verfüttert und mit der Aufnahme von Acrylamid über Trinkwasser (Schlundsondierung)verglichen. Die täglich verabreichte Acrylamid-Dosis lag bei 100 µg/kg KG für Pommes frites und Lebkuchen bzw. 50 µg/kg KG für Brotkruste. Als Langzeit-Expositionsbiomarker wurden Addukte von Acrylamid und Glycidamid mit dem endständigen Valin (Val) am Hämoglobin (Hb) herangezogen. Das Ausmaß der AAVal-Bildung in den Tieren, denen Acrylamid über Pommes frites verabreicht wurde, entsprach jener nach Gabe einer entsprechenden Dosis Acrylamid in Trinkwasser mittels Schlundsondierung (AA-TW-Gruppen), was auf eine vergleichbare Bioverfügbarkeit von Acrylamid hindeutet. Lediglich in den Gruppen, die Acrylamid über Brotkruste erhielten, wurde eine geringfügig verminderte Bildung von AAVal-Hb-Addukten im Vergleich zu den AA-TW-Gruppen beobachtet. Nach Aufnahme von Acrylamid über Pommes frites wurde kein signifikanter Unterschied in der Gesamtausscheidung an Mercaptursäuren im Vergleich zur Gabe in Trinkwasser mittels Schlundsondierung (AA-TW-Gruppen) beobachtet, was auf eine vergleichbare Bioverfügbarkeit von Acrylamid hindeutet. Bei den mit Brotkruste gefütterten Tieren wurde eine im Vergleich zu AA-TW-Gruppen geringfügig erniedrigte Ausscheidung an AAMA beobachtet, was im Einklang mit der erniedrigten AA-Val-Bildung steht. Für die Ermittlung der Gesamtbilanz an Acrylamid-Ausscheidung aus dem Organismus wurde auch die Acrylamid- und Glycidamid-Ausscheidung im 24-Stunden-Sammelurin bestimmt. Die ausgeschiedenen Anteile an der verabreichten Tagesdosis leisten einen im Vergleich zu den Mercaptursäuren verhältnismäßig geringen Beitrag zur Gesamtausscheidung einer verabreichten Acrylamid-Dosis. Zur Untersuchung der Resorptionskinetik von Acrylamid bei Verabreichung über Pommes frites im Vergleich zur Aufnahme in Trinkwasser (Schlundsondierung) wurden über einen Zeitraum von 4 Stunden die Acrylamid- und Glycidamid-Gehalte in Rattenserum bestimmt. Insgesamt deutet der zeitliche Verlauf der Acrylamid-Serumkonzentration in der mit Pommes frites gefütterten Gruppe auf eine im Vergleich zur AA-TW-Gruppe verzögerte Freisetzung bzw. verlangsamte Resorption von Acrylamid im Gastrointestinaltrakt hin. Zur Abschätzung der Hintergrundbelastung mit Acrylamid wurden in 8 humanen Blutproben die Gehalte an Acrylamid- und Glycidamid-Hämoglobin-Addukten (AAVal, GAVal) sowie in 10 humanen Urinproben die Gehalte an Acrylamid- und Glycidamid-Mercaptursäuren (AAMA, GAMA) bestimmt. Bei den Rauchern wurden deutlich höhere AAVal-Gehalte im Vergleich zu Nichtrauchern gemessen, wohingegen die Gehalte an GAVal auf vergleichbarem Niveau lagen. Darüber hinaus wurde bei den Rauchern eine im Vergleich zu Nichtrauchern signifikant höhere Ausscheidung von AAMA und GAMA beobachtet, wobei die entsprechenden GAMA/AAMA-Verhältnisse bei Rauchern erniedrigt waren. Im Rahmen einer humanen Verzehrsstudie „Bedeutung der CYP450 2E1-Aktivität für die Toxikokinetik von Acrylamid beim Menschen“ wurden Addukte von Acrylamid und Glycidamid mit dem endständigen Valin des Hämoglobin bestimmt. Dabei wurde das Ausmaß der Addukt-Bildung bei 13 Probanden nach Aufnahme von ca. 1 mg Acrylamid über Kartoffel-Chips jeweils bei unbeeinflusster, gehemmter und induzierter CYP450 2E1-Aktivität untersucht. In der Referenzperiode ohne Komedikation wurde bei diesen Probanden ein Anstieg der AAVal-Gehalte um 8 ± 5 pmol/g Hb beobachtet. Ein im Vergleich zur R-Phase signifikant erhöhter AAVal-Anstieg (12 ± 5 pmol/g Hb) zeigte sich in der Testperiode T1, in der CYP450 2E1 durch Disulfiram gehemmt wurde. In der Testperiode T2, in der CYP450 2E1 durch eine Vorbehandlung mit Ethanol induziert wurde, wiesen die AAVal-Gehalte einen mit der R-Phase vergleichbaren Anstieg um 9 ± 5 pmol/g Hb auf. Für GAVal hingegen konnten aufgrund der größeren Messwertschwankungen keine signifikanten Veränderungen in der Testperiode T1 bzw. T2 im Vergleich zur Referenzperiode festgestellt werden. Darüber hinaus wurde bei 3 Probanden der zeitliche Verlauf der AAVal-Bildung in den jeweiligen Testperioden über einen Zeitraum von 24 Stunden untersucht. Die maximale AAVal-Konzentration wurde bei den untersuchten Probanden im Zeitraum von 8-10 Stunden erreicht, wobei anschließend ein Plateau-förmiger Verlauf der Bildungskurven beobachtet wurde.
Mechanical and electrical properties of carbon nanofiber–ceramic nanoparticle–polymer composites
(2010)
The present research is focused on the manufacturing and analysis of composites consisting of a thermosetting polymer reinforced with fillers of nanometric dimensions. The materials were chosen to be an epoxy resin matrix and two different kinds of fillers: electrically conductive carbon nanofibers (CNFs) and ceramic titanium dioxide (TiO2) and aluminium dioxide (Al2O3) nanoparticles. In an initial step of the work, in order to understand the effect that each kind of filler had when added separately to the polymer matrix, CNF–EP and ceramic nanoparticle–EP composites were manufactured and tested. Each type of filler was dispersed in the polymer matrix using two different dispersion technologies. CNFs were dispersed in the resin with the aid of a three roll calender (TRC) whereas a torus bead mill (TML) was used in the ceramic nanoparticle case. Calendering proved to be an efficient method to disperse the untreated CNFs in the polymer matrix. The study of the physical properties of undispersed CNF composites showed that the tensile strength and the maximum sustained strain, were more sensitive to the state of dispersion of the nanofibers than the elastic modulus, fracture toughness, impact energy and electrical conductivity (for filler loadings above the percolation threshold of the system). Rheological investigation of the uncured CNF–epoxy mixture at different stages of dispersion indicated the formation of an interconnected nanofiber network within the matrix after the initial steps of calendering. CNF–EP composites showed better mechanical performance than the unmodified polymer matrix. However, the tensile modulus and strength of the CNF composites accused the presence of remaining nanofiber clusters and did not reach theoretically predicted values. Fracture toughness and resistance against impact did not seem to be so sensitive to the state of nanofiber dispersion and improved consistently with the incorporation of the CNFs. The electrical conductivity of the CNF composites saw an eight orders of magnitude percolative enhancement with increasing nanofiber content. The percolation threshold for the achieved level of CNF dispersion was found to be 0.14 vol. %. It was also determined that, for these composites, the main mechanism of electrical transmission was the electron tunnelling mechanism. Ceramic nanoparticle–EP composites were manufactured using TiO2 and Al2O3 particles as fillers in the epoxy matrix. Mechanical dispersion of the nanoparticles in the liquid polymer by means of a torus bead mill dissolver led to homogeneous distributions of particles in the matrix. Remaining particle agglomerates had a mean value of 80 nm. However, micrometer sized agglomerates could clearly be observed in the microscopical analysis of the composites, especially in the TiO2 case. The inclusion of the nanoparticles in the epoxy resin resulted in a general improvement of the modulus, strength, maximum sustained strain, fracture toughness and impact energy of the polymer matrix. Nanoparticles were able to overcome the stiffness/toughness problem. On the other hand, nanoparticle–EP composites showed lower electrical conductivity than the neat epoxy. In general, there were no significant differences between the incorporation of TiO2 or Al2O3 particles. Based on the previous results, CNFs and nanoparticles were combined as fillers to create a nanocomposite that could benefit from the electrical properties provided by the conductive CNFs and, at the same time, have improved mechanical performance thanks to the presence of the well dispersed ceramic nanoparticles. Nanoparticles and CNFs were dispersed separately to create two batches which were blended together in a dissolver mixer. This method proved effective to create well dispersed CNF–nanoparticle–epoxy composites which showed improved electrical and mechanical properties compared with the neat polymer matrix. The well dispersed ceramic nanofillers were able to introduce additional energy dissipating mechanisms in the CNF–EP composites that resulted in an improvement of their mechanical performance. With high volume loadings of nanoparticles most of the reinforcement came from the presence of the nanoparticles in the polymer matrix. Therefore, the observed trends were, in essence, similar to the ones observed in the ceramic nanoparticle–EP composites. The enhancement in the mechanical performance of the CNF composites with the inclusion of ceramic nanoparticles came at the price of an increase in the percolation threshold and a reduction of the electrical conductivity of the CNF–nanoparticle–EP composites compared with the CNF–EP materials. A modified Weber and Kamal’s fiber contact model (FCM) was used to explain the electrical behaviour of the CNF–nanoparticle–EP composites once percolation was achieved. This model was able to fit rather accurately the experimentally measured conductivity of these composites.
El tema se desarrolló en dos partes, de las cuales, la primera, Los tratadistas europeos, abordó la situación de los libros de arquitectura editados durante los siglos XV, XVI y principios del XVII en Europa, y tocó también los primeros esfuerzos de teorización del arte edilicio durante la Antigüedad y la Edad Media. Con esta sistematización se logró una visión en conjunto de la evolución de la teoría arquitectónica, redactada en español y elaborada a partir de una bibliografía, en su mayoría publicada en idiomas extranjeros. En la segunda parte, La repercusión en Nueva España, se trató de comprobar la influencia de los textos teóricos importados desde la metrópoli, en la colonia del siglo XVI, a la luz de la circulación de los libros de arquitectura, la formación de los alarifes y las fechas de construcción de los edificios seleccionados. La división en dos secciones obedeció a la enunciación del tema, pues así resultó ser más fácil su tratamiento en una manera clara y ordenada, y se justificó por el logro del objetivo planteado, que para la primera parte era una sistematización de los tratados europeos de arquitectura del Renacimiento y del Manierismo que sirviera de base a futuras investigaciones relacionados con este asunto; y para la segunda, consistía en la comprobación de la aplicación de dichos manuales teóricos en la Nueva España.
Mrázek et al. [25] proposed a unified approach to curve estimation which combines localization and regularization. Franke et al. [10] used that approach to discuss the case of the regularized local least-squares (RLLS) estimate. In this thesis we will use the unified approach of Mrázek et al. to study some asymptotic properties of local smoothers with regularization. In particular, we shall discuss the Huber M-estimate and its limiting cases towards the L2 and the L1 cases. For the regularization part, we will use quadratic regularization. Then, we will define a more general class of regularization functions. Finally, we will do a Monte Carlo simulation study to compare different types of estimates.
Diese Arbeit untersucht Möglichkeiten der berührungslosen Vermessung von Durchmessern von Bohrungen in leitfähigen Materialien mit Hilfe des kapazitiven Messprinzips. Dazu wird ein Messkopf in die Bohrung eingeführt. Zwischen der Bohrungswand und Messelektroden auf dem Messkopf entstehen Kondensatoren, deren Kapazität mit einer Kapazitätsmessschaltung gemessen und daraus auf den Bohrungsdurchmesser zurückgerechnet wird. Es wurden dabei Ansätze mit Messköpfen mit einer oder mehreren Messelektroden verfolgt. Für Messköpfe mit einer Messelektrode wurden ein umfangreiches Fehlermodell und darauf basierend ein Kalibrierverfahren mit Fehlerkompensation erstellt.
Jahresbericht 2009
(2010)
Polyphenole sind sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe und werden mit unserer täglichen Nahrung aufgenommen. Um die Relevanz der einzelnen Polyphenole für die positiven Effekte auf die Gesundheit abschätzen zu können, ist es wichtig ihre intestinale Absorption und ihren Metabolismus zu kennen. Äpfel (Malus domestica Borkh.) enthalten eine Vielzahl an Polyphenolen aus den Gruppen der Hydroxyzimtsäuren, Dihydrochalkone, Flavonole und Flavan-3-ole. Es wurden die intestinale Absorption und der Metabolismus dieser Polyphenole in intestinalen Konzentrationen in der Ussing-Kammer anhand verschiedener Modelle (Monolayer der Kolonkarzinomzellline T84, Schweinedarmmukosa und humane Biopsien) untersucht. Parallel wurde der transepitheliale Widerstand (TER) des verwendeten Monolayers gemessen. Er spiegelt die Integrität der intestinalen Barriere wider, die eine wichtige Rolle bei der Aufnahme von Nährstoffen im Körper und bei der Abwehr von Mikroorganismen und pro-inflammatorischen Faktoren spielt. Bei Patienten mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen ist die Integrität der intestinalen Barriere gegenüber gesunden Personen herabgesetzt. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob die Polyphenole des Apfels einen Einfluss auf die intestinale Barriere haben. Die Analytik der Mediumüberstände aus der Ussing-Kammer auf der apikalen (Darmlumen-) und basolateralen (Blut-) Seite sowie der Zellsuspensionen auf ihre Polyphenolgehalte erfolgte mittels HPLC-ESI-MS/MS und HPLC-DAD. Die transepitheliale Absorption der Polyphenole in den verschiedenen Modellen war strukturabhängig und auch zwischen den Modellen unterschiedlich. Bei den Hydroxyzimtsäuren und ihren Derivaten wurden weniger polare Verbindungen in höherem Maße auf der basolateralen Seite ermittelt als polare. Die untersuchten Flavan-3-ole wurden in beiden Modellen nicht auf die basolaterale Seite absorbiert. Die ausschließlich im Apfel vorkommenden Phloretinglycoside wurden ebenso wie das untersuchte Quercetinglycosid nicht basolateral identifiziert. Das freie Aglykon Phloretin dagegen war auf der basolateralen Seite nachweisbar. Mit den humanen Biopsien erfolgte die Inkubation nur exemplarisch mit den Hydroxyzimtsäuren, auf die basolaterale Seite gelangten nur Mengen unterhalb der Bestimmungsgrenze. Weiterhin wurde untersucht, auf welchem Mechanismus die transepitheliale Absorption der Polyphenole beruht. Die erzielten Ergebnisse weisen darauf hin, dass es sich bei der Aufnahme von Polyphenolen in der Mukosa um eine passive transzelluläre Diffusion handelt. Die Inkubationen von Ferulasäure mit Konzentrationen von bis zu 1000 µM zeigten, dass sowohl Enzyme der T84-Monolayer als auch der Schweinedarmmukosa in der Lage sind, Glucuronide und Sulfate zu bilden, die aber erst bei Inkubationskonzentrationen ab 100 µM nachweisbar waren. Bei der Inkubation von Phloretin und Quercetin in T84-Monolayern wurden außerdem Spuren von Glucuroniden in den Zellsuspensionen nachgewiesen, bei der Inkubation von Phloretin-2‘-O-glucosid wurde das Aglykon Phloretin detektiert. Weiterhin wurde der Einfluss der Polyphenole auf die intestinale Barriere im T84-Modell untersucht, indem der trans¬epitheliale Widerstand (TER) der Monolayer ermittelt wurde. Die intestinale Barriere wird unter anderem durch die sogenannten „Tight junctions“ (TJs) – Verknüpfungen zwischen den Epithelzellen – ausgebildet. Der TER lässt Rückschlüsse auf den Zustand der TJs zu. Die Messung des TER der T84-Monolayer während der Inkubation mit Polyphenolen zeigte, dass es im Gegensatz zur Kontrolle zu einem Anstieg des TER kam, d.h. es kam zu einer Verstärkung der intestinalen Barriere. Als Modell für die intestinale Barriere bei Patienten mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen wurden mit Caprinsäure (C10) vorbehandelte T84-Monolayer gewählt. Auch hier kam es bei den Inkubationen mit Polyphenolen im Vergleich zur Kontrolle zu einer Steigerung des TER. Außerdem wurde der Einfluss der Polyphenole auf das TJ-Protein Occludin mittels Immunofluoreszenz¬mikroskopie belegt. Für vier ausgewählte Polyphenole (Ferulasäure, 5 Kaffeoylchinasäure, Phloretin und Phloretin-2‘-O-glucosid) wurde gezeigt, dass sie einen Einfluss auf die Expression von Occludin haben, das einen integralen Bestandteil der intestinalen Barriere darstellt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden neue Erkenntnisse zur intestinalen Absorption und zum Metabolismus von Polyphenolen des Apfels gewonnen. Es wurde gezeigt, dass ein Teil der den Dickdarm erreichenden Apfel¬polyphenole dort absorbiert und metabolisiert werden kann. Weiterhin wurden neue Daten zum Einfluss der Polyphenole auf die intestinale Barriere gewonnen. Die in vitro erzielten Daten weisen darauf hin, dass die Apfelpolyphenole in vivo möglicherweise vor chronisch entzündlichen Darmerkrankungen schützen können. Langfristig wäre eine Nutzung von Lebensmitteln aus Äpfeln oder Apfelpolyphenolen zur Prävention dieser Erkrankungen möglich.
Laser-induced thermotherapy (LITT) is an established minimally invasive percutaneous technique of tumor ablation. Nevertheless, there is a need to predict the effect of laser applications and optimizing irradiation planning in LITT. Optical attributes (absorption, scattering) change due to thermal denaturation. The work presents the possibility to identify these temperature dependent parameters from given temperature measurements via an optimal control problem. The solvability of the optimal control problem is analyzed and results of successful implementations are shown.
Die kommensalen, in der Mundhöhle lebenden Bakterien-Arten S. mitis und S. oralis zählen zusammen mit dem humanpathogenen Bakterium S. pneumoniae zu den Streptokokken der Mitis-Gruppe (Kawamura et al., 1995). Mitglieder dieser phylogenetischen Gruppe besitzen nachweislich die Fähigkeit zum Austausch von genetischem Material (Whatmore et al., 2000; Hakenbeck et al., 2001; King et al., 2005), was durch die natürliche Kompetenz dieser Streptokokken-Spezies begünstigt wird. Das Ergebnis sind Gene mit Mosaikstruktur ─ ein Indiz für horizontalen Gentransfer. Als Reservoir für solche, in S. pneumoniae auftretende Mosaik-strukturen wurde der Genpool der verwandten, kommensalen Streptokokken identifiziert. Demnach werden Resistenz- und Virulenz-determinierende Sequenzen über Gentransfer und homologe Rekombination auf Pneumokokken übertragen (Dowson et al., 1993; Sibold et al., 1994; King et al., 2005; Chi et al., 2007). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Spezifizierung von Streptokokken der Mitis-Gruppe. Hierzu wurden mit einer ausgewählten heterogenen Sammlung von oralen S. mitis- und S. oralis-Isolaten vergleichende Genom-Hybridisierungen mittels des kürzlich entwickelten S. mitis B6-Biochips (Denapaite et al., 2010) durchgeführt. Zentraler Aspekt dieser Unter-suchungen war die erstmalige Analyse eines gemeinsamen „Kerngenoms“ aller untersuchten oralen Streptokokken sowie des S. mitis-„Kerngenoms“. Letzteres beinhaltet insgesamt 972 Gene, von denen ein bemerkenswert großer Teil (94 %) auch in S. pneumoniae vorhanden ist. Dies belegt eindeutig die sehr nahe Verwandschaft von S. mitis und S. pneumoniae (Chi et al., 2007; Kilian et al., 2008; Bishop et al., 2009; Denapaite et al., 2010) und stützt die Evolutionstheorie, dass sich S. pneumoniae aus einem spezialisierten S. mitis-Klon entwickelt hat (Denapaite et al., 2010). Das erstmals ermittelte „Gesamt-Kerngenom“ von S. mitis, S. pneumoniae und S. oralis ist mit 386 Genen wesentlich kleiner. Wie die vorliegenden Daten demonstrieren, enthält es eine Reihe von nachgewiesenen S. pneumoniae-Virulenzfaktoren. Die Tatsache, dass S. mitis und S. oralis im Gegensatz zu S. pneumoniae meist apathogen sind, suggeriert, dass in S. pneumoniae erst das Zusammenspiel mehrerer unterschiedlicher Virulenzdeterminanten den bekannten, krankheitserregenden Phänotyp bewirkt. Ein weiteres Ziel war die Analyse der genomischen Varianz der S. mitis- und S. oralis-Stämme. Neben dem S. mitis B6-Chip wurde der S. pneumoniae R6/TIGR4-Chip zur vergleichenden Genom-Analyse eingesetzt. Die Ergebnisse dieser globalen Untersuchungen weisen auf eine große genomische Diversität innerhalb der Mitis-Gruppe hin und bestätigen das Fehlen einer klaren Art-Grenze zwischen S. mitis, S. oralis und S. pneumoniae (Hakenbeck et al., 2001). Ursache für diese genomische Varianz sind inner- und inter-artliche Gentransfer-Ereignisse innerhalb dieser transformierbaren Spezies, die neben Antibiotika-Resistenzgenen wie den pbp auch bestimmte Virulenzgene betreffen. Besonderes Interesse galt der Identifizierung von Pneumokokken-spezifischen Virulenzgenen, wobei an dieser Stelle die Cholin-Bindeproteine PspA, PspC und PcpA, die Hyaluronidase HysA sowie die PiaA-Komponente des Eisen-Aufnahme-Systems PiaA/PiuA zu nennen sind. Zum ersten Mal konnten entscheidende, das Pathogenitätspotenzial betreffende Unterschiede zu den meist nicht krankheitserregenden Kommensalen herausgestellt werden. Einen weiteren wichtigen Punkt der Arbeit bildeten zwei S. mitis-Isolate, für die im Rahmen der Microarray-Analysen gezeigt wurde, dass sie im Besitz der Pathogenitätsfaktoren Pneumolysin (Ply) und Autolysin (LytA) sind. Beide Gene wurden lange Zeit für S. pneumoniae-spezifisch gehalten, liegen auf dem Genom von S. pneumoniae zirka 7 kb voneinander entfernt und werden von einem 94 bp langen „direct repeat“ flankiert (Denapaite et al., 2010). Eine ausführliche Sequenzanalyse der lytA/ply-Region ergab in beiden Fällen eine genetisch ähnliche Organisation wie in S. pneumoniae R6. Zudem konnte gezeigt werden, dass einer der beiden S. mitis-Stämme neben dem chromosomal kodierten lytA ein zweites Prophagen-assoziiertes lytA-Allel besitzt. Die Tatsache, dass im Gegensatz zu S. mitis alle Pneumokokken die „Pathogenitäts- insel“ in ihrem Genom enthalten, bestätigt die oben besprochene Evolutionstheorie: Die lytA/ply-Insel wurde vermutlich vor der Evolution von S. pneumoniae aus S. mitis erworben, wobei der 94 bp „direct repeat“ mit großer Wahrscheinlichkeit die Integrationsstelle darstellt.
We consider multiple objective combinatiorial optimization problems in which the first objective is of arbitrary type and the remaining objectives are either bottleneck or k-max objective functions. While the objective value of a bottleneck objective is determined by the largest cost value of any element in a feasible solution, the kth-largest element defines the objective value of the k-max objective. An efficient solution approach for the generation of the complete nondominated set is developed which is independent of the specific combinatiorial problem at hand. This implies a polynomial time algorithm for several important problem classes like shortest paths, spanning tree, and assignment problems with bottleneck objectives which are known to be NP-hard in the general multiple objective case.
In the generalized max flow problem, the aim is to find a maximum flow in a generalized network, i.e., a network with multipliers on the arcs that specify which portion of the flow entering an arc at its tail node reaches its head node. We consider this problem for the class of series-parallel graphs. First, we study the continuous case of the problem and prove that it can be solved using a greedy approach. Based on this result, we present a combinatorial algorithm that runs in O(m*m) time and a dynamic programming algorithm with running time O(m*log(m)) that only computes the maximum flow value but not the flow itself. For the integral version of the problem, which is known to be NP-complete, we present a pseudo-polynomial algorithm.
Wir sehen angewandte Forschung und Grundlagenforschung nicht als dichotome Ausprägungen an, sondern gehen davon aus, dass auch eine Kombination im Sinne einer „anwendungsgetriebenen Grundlagenforschung“ möglich ist. In diesem Sinne ist unsere Forschung von Anwendungsproblemen inspiriert auf das Verständnis grundlegender Zusammenhänge gerichtet, um aus diesem Verständnis heraus wiederum Gestaltungshinweise für die Praxis geben zu können. Unsere Forschungsinhalte lassen sich in zwei Forschungsschwerpunkte und ein Forschungsgebiet strukturieren.Im Mittelpunkt unseres Schwerpunktes „Psychological Management Accounting Research (PMAR)“ stehen Möglichkeiten und Grenzen der Unterstützung und Beeinflussung von Entscheidungs- bzw. Problemlösungsprozessen in Organisationen durch das „real existierende Phänomen Controlling“.Von besonderem Interesse sind für uns dabei die mentalen Prozesse der handelnden Personen.Im Mittelpunkt unseres Schwerpunktes „Controlling und Nachhaltigkeit (CuN)“ stehen die Wirkungen unternehmerischer Entscheidungen auf die drei Nachhaltigkeitsdimensionen Ökologie, Ökonomie und Soziales. Hierbei geht es zunächst um die Möglichkeiten und Grenzen von entsprechenden Nachhaltigkeitsinstrumenten, die es erlauben, die dimensionsverschiedenen Größen des Konstruktes Nachhaltigkeit entscheidungsorientiert darzustellen. Als normative Basis für unsere Forschungsschwerpunkte dient das Forschungsgebiet „Controlling und Unternehmensethik“. In dem Diskussionspapier werden die wissenschaftstheoretische Positionierung, der Forschungsansatz, die daraus resultierende Forschungsstrategie sowie die verwendeten Forschungsmethoden dargelegt. Dies alles wird eingebettet in eine erweiterte Darstellung der am Lehrstuhl für Unternehmensrechnung und Controlling vertretenen Controlling-Konzeption.
The optimal design of rotational production processes for glass wool manufacturing poses severe computational challenges to mathematicians, natural scientists and engineers. In this paper we focus exclusively on the spinning regime where thousands of viscous thermal glass jets are formed by fast air streams. Homogeneity and slenderness of the spun fibers are the quality features of the final fabric. Their prediction requires the computation of the fuidber-interactions which involves the solving of a complex three-dimensional multiphase problem with appropriate interface conditions. But this is practically impossible due to the needed high resolution and adaptive grid refinement. Therefore, we propose an asymptotic coupling concept. Treating the glass jets as viscous thermal Cosserat rods, we tackle the multiscale problem by help of momentum (drag) and heat exchange models that are derived on basis of slender-body theory and homogenization. A weak iterative coupling algorithm that is based on the combination of commercial software and self-implemented code for ow and rod solvers, respectively, makes then the simulation of the industrial process possible. For the boundary value problem of the rod we particularly suggest an adapted collocation-continuation method. Consequently, this work establishes a promising basis for future optimization strategies.
Numerical modeling of electrochemical process in Li-Ion battery is an emerging topic of great practical interest. In this work we present a Finite Volume discretization of electrochemical diffusive processes occurring during the operation of Li-Ion batteries. The system of equations is a nonlinear, time-dependent diffusive system, coupling the Li concentration and the electric potential. The system is formulated at length-scale at which two different types of domains are distinguished, one for the electrolyte and one for the active solid particles in the electrode. The domains can be of highly irregular shape, with electrolyte occupying the pore space of a porous electrode. The material parameters in each domain differ by several orders of magnitude and can be non-linear functions of Li ions concentration and/or the electrical potential. Moreover, special interface conditions are imposed at the boundary separating the electrolyte from the active solid particles. The field variables are discontinuous across such an interface and the coupling is highly non- linear, rendering direct iteration methods ineffective for such problems. We formulate a Newton iteration for an purely implicit Finite Volume discretization of the coupled system. A series of numerical examples are presented for different type of electrolyte/electrode configurations and material parameters. The convergence of the Newton method is characterized both as function of nonlinear material parameters as well as the nonlinearity in the interface conditions.
Unter „endokrinen Stoffen“ (Endocrin Disruptors) versteht man synthetisch erzeugte und in die Umwelt gelangte Chemikalien, die in die hormonellen Regelkreise von Mensch und Tier eingreifen. Sie entfalten ihre Wirkung i. d. R. bereits bei geringer Konzentration. Die aus der Einwirkung solcher Stoffe resultierenden negativen Folgen (z. B. Wachstumsstörungen, sinkende Fruchtbarkeit) werden unter dem Begriff „endokrine Effekte“ zusammengefasst. Die Untersuchung endokriner Effekte von Chemikalien ist ein hochaktuelles Forschungsgebiet in verschiedenen Fachgebieten z. B. in der Toxikologie und der Medizin. Unter den endokrinen Chemikalien finden wir zahlreiche Pestizide, die man in der Landwirtschaft benutzt. Die Aufgabe der vorliegenden Arbeit besteht darin, einen wichtigen Teilaspekt bei der Ausbreitung endokriner Stoffe, nämlich das Phasengleichgewicht bei deren Verteilung auf eine feste Phase (einen Boden) und eine damit koexistierende wässrige Phase in experimentellen Arbeiten zu untersuchen, mit dem Ziel, die Entwicklung von zuverlässigen Methoden zur Vorhersage solcher Phasengleichgewichte zu ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit wurde der Verteilungskoeffizient von endokrinen Stoffen auf Boden/Wasser–Systeme experimentell bestimmt. Dazu wurde der Verteilungskoeffizient von 26 Substanzen mit endokriner Wirkung mit Hilfe von zwei Messmethoden ermittelt. Für die Untersuchungen wurden die klassische Standardmethodeschüttelkolbenmethode und die HPLC-Methode eingesetzt. Das Ziel dieser Arbeit war die HPLC-Methode gegenüber der Schüttelkolbenmethode zu erproben, um die dabei erzielten Verteilungskoeffizienten mit den vorhandenen Literaturangaben zu vergleichen. Die Verteilung dieser Stoffe wurde in Eurosoil/Wasser – Systemen untersucht. Mit der Schüttelkolbenmethode wurden 17 Substanzen untersucht und mit der HPLC – Methode alle 26 ausgewählten Stoffe. Die Verteilungskoeffizienten sind, sofern möglich, jeweils für eine Substanz mit zwei Versuchsmethoden bestimmt worden.
Ionische Flüssigkeiten werden häufig als Reaktionsmedien (Lösungsmittel) zur Durchführung von chemischen Reaktionen diskutiert. An vielen solcher Reaktionen (z. B. Hydroformylierungen, Hydrierungen und Oxidationen) sind Gase beteiligt. Deshalb ist die Kenntnis der Gaslöslichkeit in ionischen Flüssigkeiten nicht nur von wissenschaftlichem, sondern auch von technischem Interesse. Langfristiges Ziel von wissenschaftlichen Arbeiten auf diesem Gebiet ist die Entwicklung und Erprobung von Methoden zur Vorhersage solcher Gaslöslichkeiten, z.B. durch eine „Molekulare Simulation“. Dazu sind jedoch zuverlässige experimentelle Angaben erforderlich. Deshalb hat im letzten Jahrzehnt die experimentelle Bestimmung von Gaslöslichkeiten in ionischen Flüssigkeiten stark an Bedeutung gewonnen. Trotzdem liegen in der Literatur nur vergleichsweise wenige, zuverlässige, quantitative Angaben vor. Aufbauend auf früheren Arbeiten am Lehrstuhl für Technische Thermodynamik der Universität Kaiserslautern zur Löslichkeit von Gasen in wässrigen (teilweise mit den Gasen reagierenden) Lösungen wurde in der vorliegenden Arbeit die Löslichkeit von sieben Gasen (CO2, CO, H2, CH4, O2, Xe und CF4) in vier ionischen Flüssigkeiten (den drei imidazolbasierten Flüssigkeiten - [bmim][PF6], [bmim][CH3SO4], [hmim][Tf2N] - und einer Pyrrolidiniumverbindung - [bmpy][Tf2N] - ) experimentell im Temperaturbereich zwischen 293 K und 413 K bei Drücken zwischen 0.1 und 10 MPa untersucht. Die experimentellen Untersuchungen erfolgten mit einer nach der synthetischen Methode arbeitenden Versuchsanlage. Sie musste jedoch an die neue Aufgabenstellung adaptiert werden. Im Verlauf der Messungen wurden auch volumetrische Daten der Mischungen (Gas + Ionische Flüssigkeit) bestimmt. Dabei war in allen untersuchten ionischen Flüssigkeiten Kohlendioxid das am besten lösliche und Wasserstoff das am schlechtesten lösliche Gas. Die Löslichkeit von Wasserstoff in den untersuchten ionischen Flüssigkeiten ist dabei so gering, dass das (für sehr schlecht lösliche Gase typische, aber selten beobachtete) Phänomen der Zunahme der Gaslöslichkeit mit steigender Temperatur auftritt. Die Löslichkeit des gleichen Gases in den vier untersuchten ionischen Flüssigkeiten unterscheidet sich dagegen vergleichsweise wenig (Unterschiede etwa um einen Faktor zwei). Die Messwerte wurden mit Hilfe des erweiterten Henryschen Gesetzes korreliert. Dazu wurde zunächst die Henrysche Konstante (beim Druck null) für die Löslichkeit des jeweiligen Gases in der betrachteten ionischen Flüssigkeit bestimmt. Die Genauigkeit der so erhaltenen Henryschen Konstanten beträgt etwa ein Prozent. Die Abweichungen vom vereinfachten Henryschen Gesetz wurden durch Berücksichtigung der Krichevsky-Kasarnowsky-Korrektur zur Henryschen Konstante und/bzw. durch Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen den gelösten Gasmolekülen (über Aktivitätskoeffizienten) erfasst. Zur Beschreibung der Krichevsky-Kasarnowsky-Korrektur wird das partielle molare Volumen des Gases in der ionischen Flüssigkeit (im Grenzfall der unendlichen Verdünnung) benötigt. Dieses Volumen bestimmt auch entscheidend die Volumenveränderung der Flüssigkeit beim Lösen eines Gases. Diese Volumenexpansion kann bei einem „gutlöslichen“ Gas bei Löslichkeitsdrücken von ca. 10 MPa bis 20 Prozent des Volumens der reinen ionischen Flüssigkeit betragen. Für „gutlösliche“ Gase konnte durch eine Auswertung der während der Messungen angefallenen volumetrischen Daten, dieses partielle molare Volumen bestimmt und damit die Krichevsky-Kasarnowsky-Korrektur berechnet werden. Bei hohen Drücken (d.h. hohen Gaskonzentrationen) muss darüber hinaus auch der Aktivitätskoeffizient des gelösten Gases berücksichtigt werden. Dieser wurde mit Hilfe eines ursprünglich von Pitzer für wässrige Elektrolytlösungen angegebenen empirischen Ansatzes für die Gibbssche Exzessenergie ausgedrückt. Die darin erforderlichen Wechselwirkungsparameter wurden – unter Verwendung der jeweiligen Henryschen Konstanten und des partiellen molaren Volumens des gelösten Gases - aus den experimentell bestimmten Gaslöslichkeitsdaten ermittelt. Für „schlecht lösliche“ Gase erlaubten die volumetrischen Daten keine zuverlässige Bestimmung des partiellen molaren Volumens des Gases. Allerdings sind dann i.d.R. die Konzentrationen des gelösten Gases in der ionischen Flüssigkeit auch bei hohen Drücken so gering, dass eine Berücksichtigung der Aktivitätskoeffizienten nicht erforderlich ist. Deshalb konnte in diesen Fällen, das partielle molare Volumen des Gases unmittelbar durch eine Anpassung an die Gaslöslichkeitsdaten - unter Verwendung der jeweiligen Henryschen Konstanten beim Druck null - bestimmt werden. Die so erhaltenen Korrelationen (Henrysche Konstante, partielles molares Volumen des Gases in unendlicher Verdünnung im Lösungsmittel und (teilweise) Wechselwirkungsparameter des Pitzerschen Ansatzes) geben die experimentell bestimmten Gaslöslichkeiten im Rahmen der experimentellen Unsicherheiten wieder.
In Zeiten rasant ansteigender Energiepreise wird die Energieeinsparung durch Gewichtsreduzierung
bewegter Massen, z. B. im Automobilbau, zunehmend wichtiger. In immer mehr Bereichen des
Automobilbaues werden Faser-Kunststoff- Verbunde (FKV) aufgrund ihrer geringen Dichte eingesetzt.
Positive Aspekte einer Faserverstärkung von Kunststoffen sind Verbesserungen der Steifigkeit und
der Festigkeit. Negativ wirkt sich die Faserverstärkung hingegen auf die Bruchdehnung aus. Je nach
eingesetztem FKV kann durch die geringe Bruchdehnung bei einem Crash nur wenig Energie absorbiert
werden und es kommt zum strukturellen Versagen. Wegen der günstigen Material- und
Verarbeitungskosten werden im Auto- mobilbau häufig langglasfaserverstärkte Thermoplaste (LFT)
verwendet. Diese können allerdings aufgrund ihrer suboptimalen Crasheigenschaften in vielen
Bereichen des Fahrzeugbaues nicht eingesetzt werden. Die vorliegende Arbeit befasst sich daher mit
der Verbesserung der Crasheigenschaften von LFT durch eine Verstärkung mit Metalltextilien. Ziel
ist es, den Anwendungsbereich von LFT im Auto- mobilbau zu erweitern. Aufgrund der Erfahrungen in
vorangegangenen Arbeiten liegt der Fokus der vorliegenden Arbeit auf den Eigenschaften eines mit
Edelstahl- schweißgitter (ESG) verstärkten LFT. Das Material wurde mit einer Vielzahl an Versuchen
einer eingehenden mechanischen Charakterisierung unterzogen. Vor der Probenentnahme wurde die
herstellungsbedingte Faserorientierung in Plattenebene untersucht. Dies geschah durch die
Auswertung von Röntgen- und Durchlicht- aufnahmen. Es wurde eine hochgradige Faserausrichtung in
Fließrichtung fest- gestellt. Mit Hilfe der Computertomographie war eine qualitative Untersuchung
der lokalen Faserorientierung möglich. Weiterhin konnte die Beeinflussung der Faser- orientierung
durch die Metalltextilverstärkung beobachtet werden. Aufgrund der Be- deutung der
Interfaceeigenschaften zwischen Stahl und LFT für den ESG-LFT- Verbund wurden die Scher- und
Normalfestigkeit mit Hilfe von Drahtauszug- und Stirnabzugversuchen bestimmt. Die
Interfaceeigenschaften wurden für verschiedene Vorbehandlungsmethoden der metallischen Oberfläche
untersucht. Eine Vorbehand- lung durch Druckluftstrahlen der Oberfläche führte zu den besten
Haftungs- eigenschaften. Als Strahlmittel wurden Korundpartikel eingesetzt. Neben metall-
textilverstärkten LFT-Proben wurden auch unverstärkte LFT-Proben als Referenzuntersucht. Es wurden quasistatische Versuche unter Zug- und Schubbelastung
durchgeführt. Wegen der Crashanwendung wurden die Zugversuche auch unter
kurzzeitdynamischer Belastung durchgeführt. Zusätzlich wurden Durchstoßversuche
durchgeführt, um den Einfluss auf die Energieabsorption beobachten zu können. Um
die Verbesserung der strukturellen Integrität zu demonstrieren, wurden einfache
Demonstratorbauteile unter Zugbelastung getestet. Dabei konnte neben einer
Bestimmung wichtiger Materialparameter eine erhöhte Energieaufnahme und eine
verbesserte strukturelle Integrität nachgewiesen werden. Zur Erweiterung der
experimentellen Erkenntnisse wurde ein parametrisiertes Simulationsmodell auf
Mikroebene entwickelt. Anhand des Mikromodells gelang es, einen detaillierten
Einblick in den Spannungszustand und das Versagensverhalten von ESG-LFT zu
erhalten. Des Weiteren war es damit möglich, den Einfluss verschiedener Geometrieund
Haftungsparameter auf die Verbundeigenschaften zu untersuchen. Die
vorliegenden Erkenntnisse wurden zur Programmierung eines makromechanischen
Simulationsmodells genutzt. Dieses zeigte, trotz der vorgenommenen
Vereinfachungen, bereits gute Übereinstimmungen von Simulation und Experiment
und konnte Hinweise für weiterführende Arbeiten liefern. Das entwickelte makromechanische
Modell kann damit als Basis für die Weiterentwicklung dieses Materialmodells genutzt werden.
Zur Auslegung von Rührwerken der Biogasapplikationen sind rheologische Kenntnisse über das zu rührende Medium von großer Bedeutung. Diese Kenntnisse sind jedoch meist nicht vorhanden. Eine Bestimmung der rheologischen Größen dieser Medien mit konventionellen Verfahren ist in der Regel nicht möglich. Herkömmliche Verfahren nutzen zur Bestimmung der rheologischen Größen oft eine Auswertung des laminaren Geschwindigkeitsprofils in einem bekannten Spalt aus. In diesem Spalt kann es infolge der großen Anzahl an Festkörpern zu Misch- und Festkörperreibung kommen, die das Messergebnis verfälschen, oder die Messung unmöglich machen. Diese Arbeit hat zum Ziel ein Verfahren zu entwickeln, das die Bestimmung der Fließkurve von inhomogenen, nicht-Newtonschen Medien ermöglicht. Hierzu wird der Leistungsbedarf eines Rührwerks untersucht und mit Hilfe des Verfahrens von Rieger und Novak eine Viskositätskurve in Abhängigkeit der Rührerdrehzahl gebildet. Mit dem Verfahren von Metzner und Otto kann anschließend auf die scheinbare Viskosität eines Mediums geschlossen werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird gezeigt, dass das Verfahren nach Metzner und Otto von dem zu rührenden nicht-Newtonschen Fluid beeinflusst wird. Weiterhin konnte der konstante Charakter der Metzner-Otto Größe nicht bestätigt werden. Daher wird ein alternatives Verfahren entwickelt und vorgestellt. Im Verlauf der Arbeit wird ein Propellerviskosimeter entwickelt und kalibriert. Die nötigen Kalibrierungsschritte werden erläutert und vorgeführt. Neben der experimentelle Versuchsdurchführung erfolgt dies mit numerischen Methoden. Weiterhin wird ein exemplarischer Messvorgang mit einer Realsubstratprobe durchgeführt.
The aim of this study is to describe the consolidation in thermoplastic tape placement
process to obtain high quality structure, making the process viable for automotive
and aerospace industrial applications. The major barrier in this technique is very
short residence time of material under the consolidation roller to accomplished complete
polymer diffusion in the bonded region. Hence investigation is performed to find
out the optimize manufacturing parameters by extensive material, process, product
testing and through process simulation.
Temperature distribution and convective heat transfer under the hot gas torch is experimentally
mapped out. Bonding process inside the laminate is the combine effect
of layers (tapes) intimate contact Dic development and resulting polymer diffusion Dh
at these contacted sections. Three energy levels are identified based on the process
velocity and hot gas flow combinations. For the low energy parameter combinations,
the energy input to the incoming tape and substrate material is limited and result in
incomplete intimate contact which restricts the bonding process. On other hand high
energy input although could increase the bonding degree Db even up to the 97%, but
also activate the thermal degradation phenomena. It is found out that the rate of polymer
healing (diffusion) and polymer crosslinking follows the Arrhenius laws with the
activation energies of 43 KJ/mol and 276 KJ/mol. The polymer crosslinking at high
temperature exposure hinder the polymer diffusion process and reduces the strength
development. So the parameters combination at intermediate energy level provides
the opportunity of continuous interlaminar strength improvement through out the layup
process.
Deformation of tape edges is identified as the dictating factor for the laminate’s transverse
strength. Tape placement with slight overlap reinforced the transverse joint by
more 10 % as compared to pure matrix joint. Finally the simulation tool developed in
this research work is used for identifying the existing limitation to achieve full consolidation.
A parameter study shows that extended consolidation either by mean of additional
pass or by increasing consolidation length widens the high strength (over 90%)
bonding degree Db contour. Thus high lay-up velocity (up to 7 m/min) is viable for industrial
production rate.
A classical conjecture in the representation theory of finite groups, the McKay conjecture, states that for any finite group and prime number p the number of complex irreducible characters of degree prime to p is equal to the number of complex irreducible characters of degree prime to p of the normalizer of a p-Sylow subgroup. Recently a reduction theorem was proved by Isaacs, Malle and Navarro: If all simple groups are “good”, then the McKay conjecture holds. In this work we are concerned with the problem of goodness for finite groups of Lie type in their defining characteristic. A simple group is called “good” if certain equivariant bijections between the involved character sets exist. We present a structural approach to the construction of such a bijection by utilizing the so-called “Steinberg-Map”. This yields very natural bijections and we prove most of the desired properties.
A number of natural products are known that contain an enamide as a key structural feature. This functionality is a very important subunit in various biologically active products and pharmaceutical drug lead compounds. In addition, enamides serve as highly versatile synthetic intermediates, particularly in the pericyclic reaction, formation of heterocycles, cross-coupling and in asymmetric synthesis. As a result, several protocols have been devised for the preparation of enamides. Traditional syntheses include condensation of aldehydes and ketones with amides or from hydroxylamines and acetic anhydride, require harsh conditions and yield mixtures of E/Z products. Several metal catalyzed approaches have been also investigated, such as isomerization of N-allylamides and catalytic cross-coupling of amides with vinyl halides or pseudohalides. These protocols proceed under milder conditions but suffer from the limited availability of these starting materials. The research described in this dissertation focuses on efficient and atom-economic preparation of enamides and thioenamides, using readily available starting materials. We developed catalyst systems generated in situ from bis(2-methallyl)-cycloocta-1,5-diene-ruthenium(II), phosphines and Lewis acid or base, efficiently catalyze the addition of primary amides and thioamides to terminal alkynes with exclusive formation of the anti-Markovnikov products in high yield and stereoselectivity under mild reaction conditions. The generality of the newly developed methodologies is demonstrated by common functional group tolerance. Furthermore, Markovnikov products were formed via phosphine-catalyzed addition of cyclic amides to phenylacetylene derivatives. The hydroamidation protocol of primary amides was successfully used in the synthesis of naturally occurring compounds, such as alatamide, lansiumamide A, botryllamides C and E, and the key intermediate in the synthesis of aristolactam. In order to investigate the reaction mechanism, the addition of various amides and carboxylic acids to terminal alkynes was performed using deuterium labeled starting materials and followed by in situ NMR and GC-MS studies.
Die vorliegende Dissertation besteht aus zwei Hauptteilen: Neue Ergebnisse aus der Gaußchen Analysis und ihre Anwendung auf die Theorie der Pfadintegrale. Das zentrale Resultat des ersten Teils ist die Charakterisierung aller regulären Distributionen die man mit Donsker's Delta multiplizieren kann. Dabei wird eine explizite Formel für solche Produkte, die sogenannte Wick-Formel, angegeben. Im Anwendungsteil dieser Arbeit wird zunächst eine komplex skalierte Feynman-Kac-Formel und ihre zugehörigen Kerne mit Hilfe dieser Wick-Formel gezeigt. Desweiteren werden Feynman Integranden für neue Klassen von Potentialen als White Noise Distributionen konstruiert.
Mit Politikunterricht, seinen Zielen und den Wegen, um diese Ziele zu erreichen, beschäftigen sich zahlreiche Publikationen. Mit Medienpädagogik, deren Ziel Medienkompetenz und handlungsorientierten Methoden befassen sich nicht weniger Autoren. Die Zusammenführung beider Ideen fand bisher noch nicht statt. Die Aspekte der Medienkompetenz können jedoch direkt mit den Eigenschaften und Herausforderungen eines „mündigen Bürgers“ als Ziel von Politikunterricht verknüpft werden. Mündig ist, wer unter anderem politische Ent- scheidungen rational beurteilen kann und seine Einflussmöglichkeiten auf die Politik kennt, um sie zu nutzen. Dazu gehört aber die Fähigkeit, das Mediensystem zu verstehen, Medien zu nutzen und zu gestalten sowie mediale Berichterstattungen kritisch zu hinterfragen, eben medienkompetent zu sein. Guter Politikunterricht ist also unweigerlich mit medienbilden- dem Unterricht verknüpft und muss politische Bildung mit Medienpädagogik zusammenfüh- ren. Deshalb ist es Aufgabe dieser Arbeit, aufzuzeigen, warum beide Forschungsbereiche nicht voneinander getrennt werden dürfen und wie eine mögliche Zusammenführung ausse- hen kann.
Zusammenfassung. In dieser Arbeit werden Probleme der numerischen Lösung finiter Differenzenverfahren partieller Differentialgleichungen in einem algebraischen Ansatz behandelt. Es werden sowohl theoretische Ergebnisse präsentiert als auch die praktische Implementierung mithilfe der Systeme SINGULAR und QEPCAD vorgeführt. Dabei beziehen sich die algebraischen Methoden auf zwei unterschiedliche Aspekte bei finiten Differenzenverfahren: die Erzeugung von Schemata mithilfe von Gröbnerbasen und die darauf folgende Stabilitätsanalyse mittels Quantorenelimination durch algebraische zylindrische Dekomposition. Beim Aufbau der Arbeit werden in den ersten drei Kapiteln in einer Rückschau die nötigen Begriffe aus der Computeralgebra gelegt, die Grundzüge der numerischen Konvergenztheorie finiter Differenzenschemata erklärt sowie die Anwendung des CAD-Algorithmus zur Quantorenelimierung skizziert. Das Kapitel 4 entwickelt ausgehend vom zugrunde liegenden Kontext die Formulierung und die dafür nötigen Bedingungen an Differenzenschemata, die algebraisch nach Definition ein Ideal in einem Polynomring darstellen. Neben der praktischen Handhabbarkeit der Objekte liegt die Betonung auf größtmöglicher Allgemeinheit in den Definitionen der Begriffe. Es werden äquivalente Wege der Erzeugung sowie Eigenschaften der Eindeutigkeit unter sehr speziellen Bedingungen an die verwendeten Approximationen gezeigt. Die Anwendung des CAD-Algorithmus auf die Abschätzung des Symbols eines Schemas wird erläutert. Das fünfte Kapitel beschreibt die SINGULAR-Bibliothek findiff.lib, welche das Zusammenspiel von SINGULAR und QEPCAD garantiert und eine vollständige Automatisierung der Erzeugung und Stabilitätsanalyse eines finiten Differenzenverfahrens ermöglicht.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Thema der Fortentwicklung von Visualisierungs- und Simulationsmethoden in der städtebaulichen Gestaltungs-planung. Für einen Einstieg in die Materie ist eine tief gehende Auseinandersetzung mit dem Begriff der Planung und deren Prozesse im Allgemeinen und der Versuch der Abgrenzung von städtebaulicher Struktur – und Gestaltungsplanung im Besonderen unerlässlich, auch um das bisher zu Verfügung stehende Methodenrepertoire einer kritischen Untersuchung zu kommen zu lassen. Es wird deutlich, dass die Methoden in der städtebauliche Gestaltungsplanung in den letzten fünf Jahren einem radikalen Wechsel unterzogen worden: Neben der schnelleren Erstellung von virtuellen Umgebungsmodellen sind vor allem die Einflüsse aus der sogenannten Web 2.0 Bewegung und dem veränderten Nutzungsverhalten im Internet die treibenden Motoren, die die Arbeit und die damit verbundenen Methoden in der Gestaltungsplanung verändert haben. Für den Planer hat dies den Vorteil, dass zum Einen Planungsinhalte frühzeitig schneller und transparenter für eine erfolgreiche Plankommunikation aufbereitet werden können, und zum Anderen, dass der Planer diese ehemals sehr anspruchsvollen Arbeit bis zu einem gewissen Umfang auch selbstständig erledigen kann und nicht mehr auf die Hilfe von Spezialisten angewiesen ist. Die dafür benötigten Methoden sind in allen ihren Facetten in dieser Arbeit beleuchtet und zugleich in einem in sich konsistenten Workflow untereinander vernetzt, so dass alle vorgestellten Arbeitsweisen keine eindimensionale Lösungen darstellen, sondern immer wieder untereinander, ähnlich dem Mashup-Gedanken der Web2.0 Community, neu kombinierbar sind. Der Einsatz der Arbeitstechniken inklusiver des Workflows ist dann die Methode der Echtzeitplanung urban vis & sim, die auf die städtebauliche Gestaltungsplanung abgestimmt ist. Zur besseren Verständlichkeit wird die Methode im Laufe der Arbeit nur „Echtzeitplanung“ genannt. Anhand von verschiedenen Einsatzbereichen ist die Methode der Echtzeitplanung in der Praxis auf ihre Umsetzung hin überprüft worden, wobei Bereiche unterschieden werden, die entweder mit einer kurzen Einarbeitungszeit auch von „Visualisierungsneulingen“ bewältigt werden können oder in weiterführende Arbeitstechniken, die das hohe Maß der Flexibilität der Methode durch die Kombination von verschiedenen Techniken auslotet. Die Methode der Echtzeitplanung eignet sich beim Einsatz in der Planung für eine allseits transparente Kommunikation, sofern die in der Arbeit erläuterten Rahmenparameter eingehalten werden. Echtzeitplanungsmethoden sollten frühzeitig und in Abstimmung aller am Prozess beteiligten Akteure dazu verwendet werden, um die Kommunikation und das Verständnis zu stärken. Sie sollten nicht durch ihre beeindruckenden Grafikpräsentation dazu verwendet werden - bewusst oder unbewusst - bestimmte Elemente einer Planung zu überhöhen oder andere dadurch zu negieren.
In the Dynamic Multi-Period Routing Problem, one is given a new set of requests at the beginning of each time period. The aim is to assign requests to dates such that all requests are fulfilled by their deadline and such that the total cost for fulling the requests is minimized. We consider a generalization of the problem which allows two classes of requests: The 1st class requests can only be fulfilled by the 1st class server, whereas the 2nd class requests can be fulfilled by either the 1st or 2nd class server. For each tour, the 1st class server incurs a cost that is alpha times the cost of the 2nd class server, and in each period, only one server can be used. At the beginning of each period, the new requests need to be assigned to service dates. The aim is to make these assignments such that the sum of the costs for all tours over the planning horizon is minimized. We study the problem with requests located on the nonnegative real line and prove that there cannot be a deterministic online algorithm with a competitive ratio better than alpha. However, if we require the difference between release and deadline date to be equal for all requests, we can show that there is a min{2*alpha, 2 + 2/alpha}-competitive algorithm.
Decarboxylierende Kreuzkupplungen verkörpern eine neue Strategie zur C-C-Bindungsknüpfung, bei der Kohlenstoffnucleophile in situ durch übergangsmetallvermittelte Decarboxylierung von ubiquitär vorhandenen Carbonsäuren erzeugt und dann im weiteren Verlauf der Reaktion mit Kohlenstoffelektrophilen gekuppelt werden. Diese Vorgehensweise verbindet zwei Vorteile, nämlich die Regioselektivität, den die traditionellen Kreuzkupplungen gegenüber den Reaktionen haben, die über eine C-H-Aktivierung verlaufen, und den Einsatz von kostengünstigen und einfach zugänglichen, luft- und wasserstabilen Carbonsäuresalzen. Die Vorteile dieser neuen Transformation bestätigten sich durch die Synthese ortho-substituierter Biaryle ausgehend von aktivierten Carbonsäuren und Arylbromiden in der Gegenwart eines kupfer- und palladiumbasierten Katalysatorsystems. Die ursprünglich in Bezug auf das Substitutionsmuster der eingesetzten Carbonsäure beobachtete Substratrestriktion konnte aufgehoben werden. Dies konnte durch die Entwicklung neuer Katalysatorsysteme erreicht werden, die es ermöglichen Kohlenstoffelektrophile mit nicht koordinierenden Abgangsgruppen, wie zum Beispiel Aryltriflate oder -tosylate, in decarboxylierenden Kreuzkupplungen zu verwenden. Dadurch wurde zum ersten Mal das volle Substratspektrum an aromatischen und heteroaromatischen Carbonsäuren für decarboxylierende Kreuzkupplungen erschlossen. Weiterhin führte die separate Untersuchung des Decarboxylierungschritts zu zwei sich ergänzenden Katalysatorsystemen. Das erste, kupferbasierte Katalysatorsystem ermöglicht selbst die Protodecarboxylierung nicht aktivierter Carbonsäuren. Weiterhin wurde ein silberbasiertes Katalysatorsystem entwickelt, welches die Protodecarboxylierung einer Vielzahl von ortho-substituierten aromatischen und heteroaromatischen Carbonsäuren bei Temperaturen von nur 80 °C bis 120 °C ermöglicht. Dies liegt 50 °C unterhalb der Reaktionstemperatur des kupferbasierten Systems. Auf der Grundlage des silberbasierten Tieftemperatur-Decarboxylierungs-Katalysatorsystems wurde ein neues Katalysatorsystem entwickelt, mit dem sich die Reaktionstemperatur decarboxylierender Kreuzkupplungen auf 130 °C verringern lässt. Abschließend kann man sagen, dass das neuartige synthetische Konzept der decarboxylierenden Kreuzkupplung im Rahmen dieser Doktorarbeit zu einer allgemein anwendbaren Methode weiterentwickelt wurde.
Prostate cancer preferentially metastasizes to the skeleton and abundant evidence exists that osteoblasts specifically support the metastatic process, including cancer stem cell niche formation. At early stages of bone metastasis, crosstalk of prostate cancer cells and osteoblasts through soluble molecules results in a decrease of cancer cell proliferation, accompanied by altered adhesive properties and increased expression of bone-specific genes, or osteomimicry. Osteoblasts synthesize a plethora of biologically active factors, which comprise the unique bone microenvironment. By means of quantitative real-time RT-PCR it was determined that exposure to the osteoblast secretome induced gene expression changes in prostate cancer cells, including the upregulation of osteomimetic genes such as BMP2, AP, COL1A1, OPG and RANKL. IL6 and TGFbeta1 signaling pathway components also became upregulated at early time points. Moreover, osteoblast-released IL6 and TGFbeta1 contributed to the upregulation of OPG mRNA in LNCaP. Thus, the earliest response of prostate cancer cells to osteoblast-released factors, which ultimately cause metastatic cells to assume an osteomimetic phenotype, involved activation of paracrine and autocrine IL6 and TGFbeta signaling. On the other hand, a microarray analysis showed that osteoblasts exposed to the secretome of prostate cancer cells exhibited gene expression alterations suggestive of repressed proliferation, decreased matrix synthesis and inhibited immune response, which together indicate enhanced preosteocytic differentiation. TGFbeta signaling, known to inhibit osteoblast maturation, was strongly suppressed, as shown by elevated expression of negative regulators, downregulation of pathway components and of numerous target genes. Transcriptional downregulation of osteoblast inhibitory molecules such as DKK1 and FST also occurred, with concomitant upregulation of the osteoinductive molecules ADM, STC1 and BMP2, and of the transcription factors CBFA1 and HES1, which promote osteoblast differentiation. Finally, the mRNA encoding NPPB, the precursor of a molecule implicated in the inhibition of TGFbetaeffects, in bone formation and in stem cell maintenance, became upregulated after coculture both in osteoblasts and in prostate cancer cells. These results provide an insight into potential mechanisms of dysregulated bone formation in metastatic prostate cancer, as well as mechanisms by which osteoblasts might enhance the invasive, osteomimetic and stem cell-like properties of the tumor cells. In particular, the differential modulation of TGFbetasignaling in prostate cancer cells and osteoblasts appears to merit further research.
The aim of this thesis was to link Computational Fluid Dynamics (CFD) and Population Balance Modelling (PBM) to gain a combined model for the prediction of counter-current liquid-liquid extraction columns. Parts of the doctoral thesis project were done in close cooperation with the Fraunhofer ITWM. Their in-house CFD code Finite Pointset Method (FPM) was further developed for two-phase simulations and used for the CFD-PBM coupling. The coupling and all simulations were also carried out in the commercial CFD code Fluent in parallel. For the solution methods of the PBM there was a close cooperation with Prof. Attarakih from the Al-Balqa Applied University in Amman, Jordan, who developed a new adaptive method, the Sectional Quadrature Method of Moments (SQMOM). At the beginning of the project, there was a lack of two-phase liquid-liquid CFD simulations and their experimental validation in literature. Therefore, stand-alone CFD simulations without PBM were carried out both in FPM and Fluent to test the predictivity of CFD for stirred liquid-liquid extraction columns. The simulations were validated by Particle Image Velocimetry (PIV) measurements. The two-phase PIV measurements were possible when using an iso-optical system, where the refractive indices of both liquid phases are identical. These investigations were done in segments of two Rotating Disc Contactors with 150mm and 450mm diameter to validate CFD at lab and at industrial scale. CFD results of the aqueous phase velocities, hold-up, droplet raising velocities and turbulent energy dissipation were compared to experimental data. The results show that CFD can predict most phenomena and there was an overall good agreement. In the next steps, different solution methods for the PBM, e.g. the SQMOM and the Quadrature Method of Moments (QMOM) were implemented, varied and tested in Fluent and FPM in a two-fluid model. In addition, different closures for coalescence and breakage were implemented to predict drop size distributions and Sauter mean diameters in the RDC DN150 column. These results show that a prediction of the droplet size distribution is possible, even when no adjustable parameters are used. A combined multi-fluid CFD-PBM model was developed by means of the SQMOM to overcome drawbacks of the two-fluid approach. Benefits of the multi-fluid approach could be shown, but the high computational load was also visible. Therefore, finally, the One Primary One Secondary Particle Method (OPOSPM), which is a very easy and efficient special case of the SQMOM, was introduced in CFD to simulate a full pilot plant column of the RDC DN150. The OPOSPM offers the possibility of a one equation model for the solution of the PBM in CFD. The predicted results for the mean droplet diameter and the dispersed phase hold up agree well with literature data. The results also show that the new CFD-PBM model is very efficient from computational point of view (two times less than the QMOM and five times less than the method of classes). The overall results give rise to the expectation that the coupled CFD-PBM model will lead to a better, faster and more cost-efficient layout of counter-current extraction columns in future.
ERP-Systeme sind längst – nicht zuletzt durch mittelstandsspezifische Anbieter derartiger
Systeme – eine Selbstverständlichkeit auch in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU).
Gleichzeitig stellen sie gerade in KMU häufig auch die einzige Informationsquelle für das
Controlling dar. Welche Anforderungen vor di esem Hintergrund an ein mittelstandsorientier-
tes Controlling gestellt werden, ist Gegenstand der hier aufgenommen Beiträge. Die Thematik
wird dabei sowohl aus einer konzeptionell-the oretischen, als auch aus einer anwendungsori-
entierten Perspektive behandelt. Die Beiträge sind hervor gegangen aus der langjährigen Ko-
operation zwischen den Lehrstühlen für Unte rnehmensrechnung und Controlling (Kaiserslau-
tern) sowie Controlling und Wirtschaftsinformatik (Zielona Gó ra), deren wesentliches Ziel
die Untersuchung von Möglichkeiten und Grenzen der Umsetzung aktueller betriebswirt-
schaftlicher Erkenntnisse in Standard-ERP Software für KMU ist.
Im ersten Beitrag geht es um Möglichkeiten und Grenzen der Befriedigung des Informations-
bedarfs von Controllinginstrumenten in Standard-ERP Software. Der zw eite Beitrag beschäf-
tigt sich mit dem (kaum vorhandenen) ERP-Bez ug in Standardlehrbüchern zur Kostenrech-
nung. Der dritte Beitrag geht von der Erkenntnis aus, dass die zunehmende mathematische
Komplexität betriebswirtschaftlicher Instrumente insbesondere im KMU-Kontext nicht auch
zu „besseren“ entscheidungsrelevanten Informationen führt. Die Originalbeiträge sind 2009 in
einem Sonderheft der polnischen Zeitschrift Management erschienen.
In robotics, information is often regarded as a means to an end. The question of how to structure information and how to bridge the semantic gap between different levels of abstraction in a uniform way is still widely regarded as a technical issue. Ignoring these challenges appears to lead robotics into a similar stasis as experienced in the software industry of the late 1960s. From the beginning of the software crisis until today, numerous methods, techniques, and tools for managing the increasing complexity of software systems have evolved. The attempt to transfer several of these ideas towards applications in robotics yielded various control architectures, frameworks, and process models. These attempts mainly provide modularisation schemata which suggest how to decompose a complex system into less complex subsystems. The schematisation of representation and information flow however is mostly ignored. In this work, a set of design schemata is proposed which is embedded into an action/perception-oriented design methodology to promote thorough abstractions between distinct levels of control. Action-oriented design decomposes control systems top-down and sensor data is extracted from the environment as required. This comes with the problem that information is often condensed in a premature fashion. That way, sensor processing is dependent on the control system design resulting in a monolithical system structure with limited options for reusability. In contrast, perception-oriented design constructs control systems bottom-up starting with the extraction of environment information from sensor data. The extracted entities are placed into structures which evolve with the development of the sensor processing algorithms. In consequence, the control system is strictly dependent on the sensor processing algorithms which again results in a monolithic system. In their particular domain, both design approaches have great advantages but fail to create inherently modular systems. The design approach proposed in this work combines the strengths of action orientation and perception orientation into one coherent methodology without inheriting their weaknesses. More precisely, design schemata for representation, translation, and fusion of environmental information are developed which establish thorough abstraction mechanisms between components. The explicit introduction of abstractions particularly supports extensibility and scalability of robot control systems by design.
Ever since Mark Weiser’s vision of Ubiquitous Computing the importance of context has increased in the computer science domain. Future Ambient Intelligent Environments will assist humans in their everyday activities, even without them being constantly aware of it. Objects in such environments will have small computers embedded into them which have the ability to predict human needs from the current context and adapt their behavior accordingly. This vision equally applies to future production environments. In modern factories workers and technical staff members are confronted with a multitude of devices from various manufacturers, all with different user interfaces, interaction concepts and degrees of complexity. Production processes are highly dynamic, whole modules can be exchanged or restructured. Both factors force users to continuously change their mental model of the environment. This complicates their workflows and leads to avoidable user errors or slips in judgement. In an Ambient Intelligent Production Environment these challenges have to be approached. The SmartMote is a universal control device for ambient intelligent production environments like the SmartFactoryKL. It copes with the problems mentioned above by integrating all the user interfaces into a single, holistic and mobile device. Following an automated Model-Based User Interface Development (MBUID) process it generates a fully functional graphical user interface from an abstract task-based description of the environment during run-time. This work introduces an approach to integrating context, namely the user’s location, as an adaptation basis into the MBUID process. A Context Model is specified, which stores location information in a formal and precise way. Connected sensors continuously update the model with new values. The model is complemented by a reasoning component which uses an extensible set of rules. These rules are used to derive more abstract context information from basic sensor data and for providing this information to the MBUID process. The feasibility of the approach is shown by using the example of Interaction Zones, which let developers describe different task models depending on the user’s location. Using the context model to determine when a user enters or leaves a zone, the generator can adapt the graphical user interface accordingly. Context-awareness and the potential to adapt to the current context of use are key requirements of applications in ambient intelligent environments. The approach presented here provides a clear procedure and extension scheme for the consideration of additional context types. As context has significant influence on the overall User Experience, this results not only in a better usefulness, but also in an improved usability of the SmartMote.
Congress Report 2010.11-12
(2010)
Congress Report 2010.08-10
(2010)
Congress Report 2010.05-07
(2010)
Congress Report 2010.03-04
(2010)
Congress Report 2010.01-02
(2010)
In this article, we summarise the rotation-free and quaternionic parametrisation of a rigid body. We derive and explain the close interrelations between both parametrisations. The internal constraints due to the redundancies in the parametrisations, which lead to DAEs, are handled with the null space technique. We treat both single rigid bodies and general multibody systems with joints, which lead to external joint constraints. Several numerical examples compare both formalisms to the index reduced versions of the corresponding standard formulations.