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Der Trend der letzten Jahre im CAx-Bereich geht eindeutig in Richtung 3D-Modellierung. Der Einsatz dieser Technologie ist jedoch erst dann wirtschaftlich sinnvoll, wenn die generierten Daten nicht ausschließlich als Ersatz für 2D-Zeichnungen dienen, sondern während des gesamten Produkt-entstehungsprozesses eingesetzt werden und auf diese Weise Datendurchgängigkeit gewährleistet wird. Mittlerweile wird ein umfangreiches Spektrum von Anwendungen eingesetzt. Beispielhaft sei-en hier Berechnungs- und Simulationsprogramme oder die 3D-Produktvisualisierung in nicht-technischen Bereichen (z. B. Marketing, Vertrieb) genannt. Viele CA-Systeme bieten zwar eine große Auswahl an Modulen für nahezu alle Bereiche der Produktentwicklung, allerdings ist kein System, unabhängig von seiner Komplexität, in der Lage, alle Anforderungen seiner Anwender zu erfüllen. Deshalb kommen in immer größerem Umfang spezielle Programme für individuelle Probleme zum Einsatz. Der Anwender sieht sich jedoch mit Schwierigkeiten konfrontiert, wenn er versucht, für spezielle Probleme spezielle Anwendungen unterschiedlicher Systemhersteller einzusetzen. Um die Integrati-on der verschiedenen Programme zu ermöglichen, muß er sich auf neutrale Standardschnittstellen für den Produktdatenaustausch (IGES, VDAFS, STEP) verlassen, wobei hier mit Informationsverlusten zu rechnen ist. Außerdem muß er sich mit differierenden Benutzerführungen vertraut machen. Im Bewußtsein dieser Probleme entwickelte die Arbeitsgruppe "CAD/CAM-Strategien der deut-schen Automobilindustrie" einen Vorschlag für eine offene CAx-Systemarchitektur /1/, /2/, /3/. Diese sollte in der Lage sein, alle CAx-Komponenten, die im Laufe des Produktent-stehungsprozesses verwendet werden, zu integrieren. Es sollte unter anderem die folgenden Anforderungen erfüllen: ° Offenheit ° Interoperabilität ° Investitionssicherheit ° Aufhebung der Zwangsbindung des Anwenders an einen Systemhersteller ° Vermeidung redundanter Systeme Die Berücksichtigung der internationalen Standards STEP für den Bereich der Produktdatenmo-dellierung und CORBA für den Bereich der verteilten objektorientierten Systeme, die in den folgen-den Abschnitten kurz dargestellt sind, war für die Erfüllung dieser Anforderungen eine wichtige Voraussetzung
Ein Teilaspekt der formalen Logik besteht in der Untersuchung wie die logischen Konsequenzen (insbesondere die Tautologien) einer vorgegebenen Formelmenge unter Verwendung gewisser Reglements schrittweise hergeleitet werden können. Hierbei ist die Logik bestimmt durch eine konsequente Trennung von Syntax und Semantik. Diese Abhandlung stellt exemplarisch das Tableau-Kalkül und das Kalkül des natürlichen Schließens vor.
Annual Report 1999
(2000)
Phase velocities of surface acoustic waves in several boron nitride films were investigated by Brillouin light scattering. In the case of films with predominantly hexagonal crystal structure, grown under conditions close to the nucleation threshold of cubic BN, four independent elastic constants have been determined from the dispersion of the Rayleigh and the first Sezawa mode. The large elastic anisotropy of up to c11/c33 = 0.1 is attributed to a pronounced texture with the c-axes of the crystallites parallel to the film plane. In the case of cubic BN films the dispersion of the Rayleigh wave provides evidence for the existence of a more compliant layer at the substrate-film interface. The observed broadening of the Rayleigh mode is identified to be caused by the film morphology.
In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer präparativer Zugang für das gemischtvalente Tetraphosphet 5, einem Homologen des Cyclodiphosphazens, beschrieben. Durch Umsetzung des Bis(amino)chlorphosphans 26 mit Tris(trimethylsilyl)phosphan (31) bzw. Lithiumbis(trimethylsilyl)phosphanid (32) kann 5 erstmals in größeren Mengen hergestellt werden. NMR-spektroskopische Untersuchungen sowie die Stöchiometrie der Reaktion weisen darauf hin, dass hierbei das Tris(phosphanyl)phosphan 30 als Zwischenstufe beteiligt ist. Das für die Synthese von 5 angewandte Konzept ermöglicht die Herstellung weiterer Homologer. So reagiert das Bis(amino)chlorphosphan 26 mit Tris(trimethylsilyl)arsan (51) auf analoge Weise zum Diarsadiphosphet 52. Eine Tris(phosphanyl)arsan-Zwischenstufe (55) kann vermutet werden. 52 kristallisiert isotyp zu 5. Die Winkel im rautenförmig verzerrten zentralen Vierring von 52 unterscheiden sich mit Werten von 100.81(4)° an P1 bzw. 79.19(4)° an As1 nur geringfügig von den entsprechenden Werten in 5 (100.6(1)° an P1 bzw. 79.4(1)° an P2). Die ermittelten P-As- Bindungslängen liegen mit 2.2836(13) bzw. 2.2837(13) Å in der Mitte der Werte typischer P-As-Einfach- und Doppelbindungen. Bei der Umsetzung des Bis(amino)chlorarsans 66 mit Tris(trimethyl)silylphosphan (31) bzw. Lithiumbis(trimethylsilyl)phosphanid (32) kann das Tris(arsanyl)phosphan 67 isoliert werden. Die Molekülstruktur von 67 zeigt eine schaufelradartige "all-trans"-Anordnung der drei Arsanyl-Substituenten um das pyramidale Phosphoratom (Winkelsumme: 333°). Die P-As-Bindungslängen entsprechen mit mittleren 2.377 Å typischen P-As-Einfachbindungswerten. Im Vergleich zu seinen Analoga 30 und 55 ist das Tris(arsanyl)phosphan 67 wesentlich stabiler. Erst bei Temperaturen über 150°C beobachtet man eine deutliche Zersetzung von 67. NMR-spektroskopisch lässt sich hierbei das Tetrakis(amino)diarsan 72 als Thermolyseprodukt nachweisen. Man findet keine konkreten Hinweise für die Bildung eines zu 5 bzw. 52 homologen Diphosphadiarsets. Einen vollkommen unerwarteten Verlauf nimmt die Umsetzung des Bis(amino)chlorarsans 66 mit einem Überschuss an Lithiumbis(trimethylsilyl)phosphanid (32). Neben dem bereits bekannten Tetraphosphet 5 erhält man mit dem Arsatriphosphet 84 einen weiteren Vertreter aus der Familie der cyclodiphosphazenähnlichen Verbindungen. 5 und 84 bilden "echte" Mischkristalle, die ermittelte Molekülstruktur entspricht deshalb einem statistischen Doppelbild. Die durch die unsymmetrische Verteilung der Pnikogenatome in 84 bedingte drachenförmige Verrzerrung des zentralen Vierringes dokumentiert sich im spitzen Winkel von 74.3(2)° an As1. Demgegenüber weisen die Winkel an P1 (103.4(3)°), P1a (100.8(3)°) und P2 (81.4(3)°) nur geringe Unterschiede zu den entsprechenden Werten in 5 und 52 auf. Die P-As-Bindungslängen liegen mit Werten von 2.317(8) und 2.273(8) Å im gleichen Größenordnungsbereich wie die entsprechenden Werte in 52. Bei der Umsetzung des Bis(amino)chlorarsans 66 mit Tris(trimethylsilyl)arsan konnte die Bildung des Tris(arsanyl)arsans 91 NMR-spektroskopisch und massenspektrometrisch nachgewiesen werden. Hinsichtlich seiner thermischen Stabilität ordnet sich 91 zwischen dem Tris(phosphanyl)phosphan 30 und dem Tris(arsanyl)phosphan 67 ein. Die bei Raumtemperatur langsam verlaufende Zersetzung von 91 verläuft analog zur Thermolyse von 67. Auch hier lässt sich NMR-spektroskopisch das Tetrakis(amino)diarsan 72 als Zersetzungsprodukt nachweisen. Hinweise auf die Bildung eines zu 5 bzw. 52 homologen Tetraarsets werden nicht beobachtet. Auch von dem Tetrakis(amino)arsan 72 liegen Ergebnisse einer Kristallstrukturanalyse vor. Die Konformation in 72 weicht um 61.5° von einer idealen trans-Anordnung ab. Der As-As-Abstand ist mit 2.673(3) Å der größte bislang ermittelte. "Sekundäre" As-As-Bindungen zwischen benachbarten Molekülen werden nicht beobachtet. 72 ist extrem empfindlich gegenüber Luftsauerstoff. Durch Oxidation entsteht das Bis(arsanyl)oxid 94, von dem ebenfalls eine Kristallstruktur vorliegt. Die As-O-Bindungslängen in 94 betragen 1.808(4) und 1.806(4) Å, der As-O-As-Winkel 126.1(3)°.Erste orientierende Untersuchungen belegen die Eignung des Tetraphosphets 5 und des Diarsadiphosphets 52 als Bausteine für die Synthese neuartiger Heterocyclen. 5 setzt sich mit Acetylendicarbonsäuredimethylester (6a) in glatter Reaktion zu dem Tetraphosphinin 110 um. Die ermittelten Strukturparameter für 110 (Torsion des Sechsringes, P-P-Bindungs-längen zwischen 2.1182(8) und 2.1335(8) Å, P-C-Abstände von 1.799(2) und 1.741(2) Å sowie die C-C-Bindungslänge von 1.402(3) Å) und die 31 P- und 13 C-NMR- Daten weisen auf einen ylidischen Charakter der Bindungen innerhalb des zentralen Sechsringes hin. Erst unter drastischeren Reaktionsbedingungen (mehrere Tage bei 150°C im geschlossenen Rohr) und wesentlich unselektiver verläuft dagegen die Umsetzung von 5 mit Diphenylacetylen (6b). Neben einem weiteren Tetraphosphinin-Derivat 122 lässt sich hierbei 31 P-NMR-spektroskopisch und massenspektrometrisch das 1ao -Diphosphet 123 nachweisen. Dieses resultiert formal aus der 2+2-Cycloaddition des Phosphidophosphorans Me 2 Si(N t Bu)2 P P (29) an das Alkin 6b. Bei der Reaktion des Diarsadiphosphets 52 mit Acetylendicarbonsäuredimethylester 6a weisen die experimentellen Befunde auf die Bildung des 2ao-Arsaphosphets 124 hin. Darüberhinaus findet man Hinweise für die achtgliedrigen Acht-A' -Elektronen-P/As-Heterocyclen 125 und 126, die formal aus der Insertion von 2 Äquivalenten 6a in die P/As-Bindungen des Diarsadiphosphets 52 resultieren.
Die polymorphkernigen neutrophilen Granuolzyten (PMN) besitzten zur Abwehr mikrobieller Pathogene unter anderem einen vorgefertigten Pool an Serinproteasen (Elastase (HNE), Proteinase 3 (PR3) und Cathepsin G). Diese Proteasen werden in den primären Granula aufbewahrt. Stimulation der PMN bewirkt eine Verschmelzung der Granula mit der Zellmembran und somit einer Freisetzung der Proteasen in das Phagolysosom oder in den extrazellulären Raum. Bei Patienten mit chronischen Entzündungskrankheiten, wie der Wegener'schen Granulomatose, finden sich die Proteasen in katalytisch aktiver Form auf der Zellmembran der PMN. In vitro Versuche haben gezeigt, daß diese oberflächengebundenen Serinproteasen nicht mehr von den Plasmaproteaseinhibitoren, die die Aktivität der ins Plasma freigesetzten Enzyme regulieren, inaktiviert werden können. Somit könnten die Proteasen auf der Zelloberfläche einen wichtigen Beitrag in der Pathogenese der Zellschädigungen, wie sie bei Wegener Patienten gefunden werden beitragen. In der vorliegenden Arbeit konnte mittels kompetitiven Bindungsstudien die Zahl der Bindungsstellen auf PMN für exogene Elastase auf etwa 40000/Zelle bestimmt werden. Inhibtionsstudien mit monoklonalen Antikörpern und synthetischen Peptiden identifizierten die ß2-Integrine CD11b und in geringerem Maße CD11a und CD11c als Bindungsstellen auf der Zelloberfläche. Die Bindung der Elastase an PMN ist abhängig von Ca2+, einem typischen Merkmal der Ligandenbindung der ß2-Integrine. Diese Ergebnisse konnten mittels der direkten molekularen Interaktion von Elastase und CD11b des gereinigten CD11b/CD18-Komplexes bestätigt werden. Die Bindung von Elastase an den isolierten CD11b/CD18-Komplex läßt sich mit Antikörpern gegen CD11b, nicht jedoch gegen CD18 hemmen. Elastase kann mit Antikörpern gegen CD11a und CD11b von der Membran stimulierter PMN copräzipitiert werden. Dies zeigt, daß die endogene Elastase ebenfalls an die ß2-Integrine auf der Zellmembran der PMN bindet. Adhäsionsversuche mit Epithel- und Endothelzellenmonolayern zeigten, daß die oberflächengebundene Elastase keinen Einfluß auf die PMN-Epithelzell Wechselwirkung hat, die Adhäsion an Endothelien jedoch fast vollständig unterdrückt. Bei der Adhäsion der PMN an Epithelien ist die Wechselwirkung der ß2-Integrine mit einem Rezeptor auf den Epithelzellen nicht der bestimmende Schritt. Die feste Adhäsion der PMN an Endothelzellen erfolgt dagegen fast ausschließlich über die Bindung von CD11b an ICAM-1 auf dem Endothel. Elastase kann so die Bindungsstelle für ICAM-1 blockieren oder aber ICAM-1 angreifen und die Adhäsion der PMN verhindern. Eine weitere wichtige Funktion des CD11b-Moleküls der Granulozyten ist die Bindung an C3bi auf opsonierten Mikroben. Dies wurde mittels der Bindung von PMN an C3bi-opsonierte Schafserythrozyten untersucht. Es binden weitaus mehr PMN mit oberflächengebundener Elastase an die Schfaserythrozyten als PMN ohne Elastase auf der Zelloberfläche. In der Durchflußzytometrie konnte gezeigt werden, daß die Bindung exogener Elastase in CD11b eine Konformationsänderung hervorruft, was sich in der Expression des aktivierungsabhängigen Epitops zeigt. Dieses Epitop charakterisiert den hoch affinen Zustand der CD11b Moleküle, der für eine starke Bindung an viele Liganden verantwortlich ist. Es konnte ebenfalls gezeigt werden, daß die Serinproteasen keinen Einfluß auf die Zahl der exprimierten CD11a und CD11b-Moleküle haben. Lediglich das mit CD11 assoziierte Molekül CD18 zeigt bei einigen Spendern eine leichte Sensibiltät für proteolytische Spaltung, einhergehend mit einer leicht reduzierten Expression.
Die Optimierung organischer Moleküle für die nichtlineare Optik ist seit 15 bis 20 Jahren Gegenstand intensiver Forschung. Anfangs konzentrierten sich die Untersuchungen auf lineare donor-akzeptor-substituierte Chromophore, bei denen der Tensor der Polarisierbarkeit zweiter Ordnung beta lediglich eine signifikante Komponente aufweist. Dipolare und nichtdipolare Chromophore mit mehrdimensionalem Charakter der Polarisierbarkeit zweiter Ordnung weisen einige Vorteile gegenüber diesen herkömmlichen eindimensionalen Chromophoren auf. In der Literatur wird intensiv diskutiert, inwieweit die nichtlinear-optischen Eigenschaften dieser Chromophore, aus den Eigenschaften der sie aufbauenden dipolaren Untereinheiten ableitbar sind. Im Mittelpunkt steht dabei die Frage, ob Optimierungsstrategien dipolarer Chromophore auf nichtdipolare Chromophore übertragen werden können. Zur Klärung der Zusammenhänge werden in dieser Arbeit Messungen an mehreren systematischen Reihen einfach, zweifach und dreifach donor-substituierter 1,3,5-Triazin- und 1,3,5-Tricyanobenzol-Akzeptoreinheiten vorgestellt. Als Donoren werden Diethylaminophenyl-, Diethylaminophenylethinyl- und Diethylaminophenylethenyl-Einheiten eingesetzt. Neben optischen und elektrooptischen Absorptionsmessungen werden zur Untersuchung der nichtlinear-optischen Eigenschaften polarisationsabhängig durchgeführte feldinduzierte Frequenzverdopplung (EFISH) und Hyper-Rayleigh-Streuung (HRS) eingesetzt. Durch Kombination der Methoden gelingt die Ermittlung aller signifikanten Komponenten des Polarisierbarkeitstensors zweiter Ordnung. Grundvoraussetzung für die Bestimmung molekularer Größen aus der Kombination verschiedener Meßmethoden ist die konsistente Formulierung der Einflüsse lokaler Felder. Nur dann ist die Vergleichbarkeit der aus verschiedenen Methoden gewonnenen molekularen Daten gewährleistet. Die Moleküle zeigen mit Ausnahme der mit kurzen Donoreinheiten substituierten Tricyanobenzole geringe sterische Hinderungen und bieten daher gute Voraussetzungen für die systematische Untersuchung ihrer Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Für die in dieser Arbeit vorgestellten Substanzen wird eine ausgeprägte Korrelation zwischen den Polarisierbarkeiten zweiter Ordnung von dipolaren einfach und zweifach donor-substituierten Chromophoren und nichtdipolaren dreifach donor-substituierten Chromophoren experimentell belegt. Mit dem vorliegenden Strukturkonzept gelingt die Ausdehnung der sehr guten nichtlinear-optischen Eigenschaften der eindimensionalen Chromophore auf dipolare und nicht-dipolare Chromophore mit zweidimensionaler Struktur des Polarisierbarkeitstensors zweiter Ordnung. Das dreifach diethylaminophenylethinyl-substituierte Tricyanobenzolderivat zeigt eine der größten für nichtdipolare Chromophore je ermittelten Polarisierbarkeiten zweiter Ordnung.
Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit lag in der Etablierung und Validierung transgener und endogener Reporter zur Erfassung und Charakterisierung estrogenartiger Fremdstoffe. Für den Aufbau transgener Reportergensysteme sollten eigene Reportergenplasmide konstruiert werden. Als transgene Reporter wurden die sekretierbare Alkalische Phosphatase sowie das Luciferase Enzym ausgewählt. Die Expression der Reportergene sollte unter der Kontrolle des estrogenrezeptorinduzierbaren Wildtyp Promotors Vitellogenin A2, der im Gegensatz zu synthetischen Tandemkopien alle Vorteile eines natürlichen Promotors aufweist, stehen. Dazu wurde der Vitellogenin A2 Promotor in die Multiple Cloning Site des Reportergenvektors vor die codierende Sequenz des Reportergens kloniert. Es gelang die Konstruktion beider Reportergenplasmide mit Hilfe zweier unterschiedlicher Verfahren. Die Zwischenschritte der Konstruktion wurden jeweils überprüft. Die abschließende Funktionsprüfung der Plasmide nach Transfektion in geeignete estrogenrezeptorpositive Zellinien durch entsprechende Inkubation der Zellen und Nachweis der Reportergene mittels spezifischer enzymatischer Reaktion war erfolgreich. Für den Aufbau eines neuen Reportergensystems wurde die humane Mammacarcinomzellinie MCF-7 mit dem Reportergenkonstrukt pSEAP2/VITA2 transfiziert. Die Etablierung und Validierung erfolgte mit bekannten Estrogenrezeptoragonisten und Antagonisten. Exemplarisch wurden zwei Estrogenrezeptoragonisten, Diethylstilbestrol (DES) und b-Sitosterol geprüft. Der nach DES-Inkubation aus den erhaltenen Kurven berechnete RE-Wert (RE=Relative Effektivität) lag, wie in der Literatur beschrieben, in der gleichen Größenordnung wie der von Estradiol. Zusätzlich gelang die Cotransfektion der Plasmide pSEAP2/VITA2 und pSV2neo in MCF-7 Zellen und die Selektion der transfizierten Zellen mit Geneticinsulfat (G418). Untersuchungen der Alkalischen Phosphatase Aktivität der Zellen nach entsprechender Substanzinkubation ergaben, daß die Zellen bis zu einem halben Jahr beide Plasmide integriert haben und zur Charakterisierung potentiell hormonaktiver Verbindungen verwendet werden können. Danach ist eine erneute Transfektion erforderlich. Die Entdeckung eines zweiten Estrogenrezeptors, ERb, in Ratte, Maus und Mensch verdeutlicht, daß estrogenrezeptorvermittelte Mechanismen sehr komplex sind. Da beide Subtypen eine unterschiedliche Gewebeverteilung aufweisen, wird ein Zusammenhang mit den selektiven Wirkungen der Estrogene auf deren Zielgewebe diskutiert. Durch den Einsatz spezifischer Primer für ERa und ERb konnte mittels RT-PCR gezeigt werden, daß in der humanen Mammacarcinomzellinie MCF-7 beide Subtypen exprimiert werden, was mit den Literaturergebnissen übereinstimmt. Aus diesem Grund sollten Reportergensysteme mit dem jeweiligen Estrogenrezeptorsubtyp in geeigneten Zellinien etabliert werden, um potentielle estrogenaktive Fremdstoffe am entsprechenden Subtyp getrennt zu untersuchen und so mögliche Unterschiede bezüglich der Genaktivierung zu erkennen. Es wurden verschiedene Zellinien, die endogen keinen Estrogenrezeptor exprimieren, mit den Rezeptorexpressionsplasmiden und den Reportergenplasmiden mit Hilfe unterschiedlicher Transfektionsmethoden transfiziert. Als geeignetste Zellinie erwies sich hierbei die embryonale Nierenzellinie HEK 293, als effektive und daneben auch kostengünstigste Transfektionsmethode wurde die Elektroporation gewählt. Die Etablierung und Validierung dieser Systeme konnte sowohl für Alkalische Phosphatase als auch für Luciferase erfolgreich abgeschlossen werden. Erste Substanzen wurden an beiden Subtypen durch Nachweis des Luciferasereportergens getestet. Signifikante Unterschiede wie von Kuiper et al [Kuiper et al, 1997] für die Phytoestrogene Coumestrol und Genistein beschrieben, konnte für die untersuchten Verbindungen (DES, Resveratrol und o,p'-DDT) nicht beobachtet werden. Neben transgenen Nachweismethoden sollte ein Verfahren zur Detektion eines endogenen Reporters etabliert und validiert werden. Dafür wurde das in der MCF-7 Zellinie estrogenabhängig exprimierte pS2 Protein als geeigneter Parameter ausgewählt. Zur Detektion des pS2-Proteins wurden zwei Nachweisverfahren eingesetzt. Auf Protein-Ebene ein immunradiometrischer Assay, auf mRNA-Ebene die RT-PCR. Der Nachweis des pS2-Proteins mittels immunradiometrischem Assay zeigte eine gute Sensitivität, der EC50-Wert von Estradiol lag im Vergleich zur stabilen MCF-7-Luc Zellinie eine Zehnerpotenz niedriger. Ergänzend wurden die Substanzen Bisphenol A, o,p'-DDT, Daidzein sowie p-tert.-Octyl- bzw. Nonylphenol untersucht. Der durch die jeweilige Verbindung hervorgerufene Verlauf der Proteininduktion ist mit den Ergebnissen des MCF-7-Luc-Systems vergleichbar. Im Vergleich zum MCF-7-Luc System konnte eine höhere intrinsische Potenz beobachtet werden. Die Etablierung der RT-PCR-Methode zum Nachweis der mRNA mit pS2 spezifischen Primern war erfolgreich. Weiterführende Untersuchungen zur Quantifizierung der pS2 mRNA mittels nicht-genomischem Standard wurden von Gensler durchgeführt. [Gensler, 1999] Verbindungen unterschiedlichster Herkunft wurden mit dem stabilen MCF-7-Luc System auf ein eventuell hormonelles Potential untersucht. Das Phytosterol b-Sitosterol (aus Soja und technisch erzeugtes) zeigte eine signifikante estrogene Wirkung, das als Negativkontrolle mitgeführte Cholesterol führte nicht zur Reportergeninduktion. Verschiedene Parabene wurden aufgrund der in der Literatur beschriebenen estrogenen Wirkung untersucht. Eine Expression der Luciferase durch die Parabene konnte im Transaktivierungsassay nicht nachgewiesen werden. Die Untersuchung verschiedener natürlich vorkommender Zimtsäureanaloga ergab, im Gegensatz zu Zimtsäuremethylester, keine Hinweise auf eine estrogene Aktivität. Neben der Prüfung von Einzelverbindungen kann dieses etablierte System auch zur Prüfung von Kombinationseffekten herangezogen werden. Kombinationen von Bisphenol A, o,p'-DDT, Daidzein, p-tert.-Octyl- oder Nonylphenol unterschiedlicher Konzentrationen mit Estradiol 1 nM ergaben hohe Reportergeninduktionen, die maximal bis zum Wirkungsplateau von Estradiol reichten. Zusätzliche Kombination mit ICI 182 780 1 microM führte zur Antagonisierung der beobachteten Effekte, was darauf hinweist, daß diese estrogenrezeptorvermittelt ablaufen. Es konnten neue funktionelle Testsysteme und Methoden zur effektiven Prüfung potentiell hormonell aktiver Verbindungen etabliert und validiert werden, die auf der Detektion transgener oder endogener Reporter beruhen. Diese können sowohl zur Wirkstofffindung als auch zur Erkennung und Charakterisierung möglicher toxikologisch relevanter Wirkungen dienen.
Circulardichroismus und Helical Twisting Power als Chiralitätsmessungen an anisotropen Systemen
(2000)
Die Ergebnisse von Messungen an chiralen anisotropen Systemen sind entweder nur oder gar nicht oder nur teilweise durch deren Chiralität bestimmt. Um Ergebnisse von Messungen an chiralen anisotropen Phasen so zu klassifizieren, daß sie entweder nur durch die Chiralität oder nicht durch sie bestimmt sind, bedarf es der Erweiterung der Definition des Begriffs "Chiralitätsmessung" auf anisotrope Systeme, die für isotrope Systeme erstmals von Ruch und Schönhofer gegeben wurde. Für optische Messungen ergibt sich dabei, daß mindestens eine C3-Symmetrie um die Richtung, entlang der die Messung durchgeführt wird, existieren muß oder durch mehrere unabhängige Messungen der um diese Richtung gedrehten Probe in die Auswertung der Messung eingebracht werden muß, um eine Chiralitätsmessung zu erhalten. Beispiele dafür sind der Circulardichroismus anisotroper Phasen (ACD) und chirale Induktion (Helical Twisting Power (HTP)). Für die Analyse des ACD's und der HTP von Binaphthylen stehen aus früheren Arbeiten Strukturdaten und Ordnungstensoren zur Verfügung, so daß für diese Verbindungen die Circulardichroismustensoren und die Chiralitätswechselwirkungstensoren bestimmt werden konnten. Wenn mindestens zwei Verbindungen zu Verfügung stehen, die den gleichen Chromophor besitzen, sich aber strukturell in anderen Bereichen unterscheiden und damit in einer flüssigkristallinen Phase andere Ordnungstensoren haben, dann sind die unterschiedlichen ACD-Spektren dieser Verbindungen auf die unterschiedliche Orientierung der Moleküle und damit der Chromophore im Flüssigkristall zurückzuführen. In diesem Fall kann dann die Bestimmung der Tensorkoordinaten des Circulardichroismustensors mit guter Genauigkeit erfolgen und mit den Strukturmerkmalen der Verbindungen in Beziehung gesetzt werden. Obwohl der ACD mit dem Circulardichroismustensor und die HTP mit dem Chiralitätswechselwirkungstensor mit der gleichen Gleichungsstruktur beschrieben werden können, sind bei der Auswertung und Behandlung der HTP der Binaphthyle mit dem Chiralitätswechselwirkungstensor Besonderheiten zu beachten. Dieser Tensor ist keine reine molekulare Größe, denn er enthält Wechselwirkungen des Gastmoleküls mit der Wirtsphase. Daher mußte der Chiralitätswechselwirkungstensor über zwei Näherungen bestimmt werden. Die Ergebnisse, die in einer der Näherungen erhalten werden, lassen sich hier ebenfalls mit der Molekülstruktur korrelieren. Aus der Auswertung innerhalb der anderen Näherung ergaben sich jedoch Ergebnisse, die widersprüchlich sind und im Rahmen der vorliegenden Arbeit physikalische nicht interpretiert werden konnten. Wichtig ist aber der Befund, daß der Circulardichroismustensor und der Chiralitäts-wechselwirkungstensor, die für die verbrückten Binaphthyle erhalten werden, auf die gleichen strukturellen Elemente der Verbindungen zurückgeführt werden können. Beide von der Art her sehr unterschiedlichen Phänomene - optische Messungen resp. Wechselwirkungen von Molekülen in einer Phase - können demnach auf ein gleiches Strukturelement zurückgeführt werden. Die unverbrückten Binaphthyle zeigen CD-Spektren, die in ihrer spektralen Lage und der Amplitude des Couplets zu denen der verbrückten Binaphthylen ähnlich sind, während bei der HTP ein grundsätzlicher Unterschied besteht. Dieser Unterschied zeigt, daß die flachen Potentialkurven der unverbrückten Binaphthyle bei der Drehung um die Naphthyl-Naphthyl-Bindung beim CD und ACD und bei der HTP zu sehr unterschiedlichen Effekten führen. Dieser Unterschied in den Effekten ist bisher nicht vollständig verstanden. Während bei der Messung des CD's über die Konformeren mit verschiedenen Diederwinkeln gemittelt wird, wird bei der chiralen Induktion über verschieden geordnete Konformere - verschiedene Ordnungstensoren - gemittelt. In diesem Fall sieht man die Meßgröße als eine über die Ordnung gewichtete molekulare Größe eines Konformerengemisches.
In den letzten Jahren konnte ein beachtlicher Fortschritt bei der Entwicklung kostengünstiger, hoch effektiver Si-Solarzellen mit kristalliner Basis und einem Emitter aus amorphem Silizium (a-Si:H) beobachtet werden. Für die Herstellung dieser Emitter wird zur Zeit ausschliesslich die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD)verwendet, die jedoch aufgrund ihrer Hochfrequenztechnik sehr aufwendig ist. Die Hot-wire CVD, das heisst die Abscheidung durch Zersetzung eines Gases an einem heissen Draht, ist in dieser Hinsicht eine viel versprechende Alternative. Ziel dieser Arbeit ist es, das Hot-wire Wachstum auf Si-Wafern zu charakterisieren, um auf diese Weise eine systematische Optimierung von Solarzellen mit kristalliner Basis zu erreichen. Daher wurden sowohl grundlegende materialwissenschaftliche als auch bauelementspezifische Fragen diskutiert. Mittels kinetischer in-situ Ellipsometrie wurde erstmals die Hot-wire CVD von Silizium auf poliertem HF-geätztem (100)-Silizium untersucht und die zeitliche Entwicklung eines epitaktischen Wachstums beobachtet. Im Verlauf der Deposition kann die Epitaxie abbrechen und sich eine Mischphase aus kristallinem und amorphem Silizium bilden, wobei der c-Si-Volumenanteil nahezu linear mit der Zeit abnimmt und anschließend reines a-Si:H-Wachstum stattfindet. Die Dicken der rein epitaktischen Schicht als auch der Mischphase nehmen mit ansteigender Substrattemperatur Ts und sinkender Depositionsrate R zu. Bei Ts=300 °C und R=1.4 A/s konnte eine epitaktische Schichtdicke grösser 200 nm abgeschieden werden. Untersuchungen zur Hot-wire CVD von Germanium auf poliertem HF-geätztem (100)-Silizium zeigten erstmals, dass ein über 170 nm dickes heteroepitaktisches Wachstum bei Ts= 350°C und R=2.8 A/s möglich ist. Daher besitzt die Hot-wire CVD viel versprechende Perspektiven hinsichtlich der industriellen Herstellung (opto-)elektronischer Bauelemente auf der Nanometerskala. Verschiedenartige Si-Schichten (amorph/nanokristallin/einkristallin, n/p-dotiert) wurden mittels Hot-wire CVD hergestellt und als Emitter von Solarzellen mit kristalliner Si-Basis aufgebracht. Mit (n)a-Si:H-Emittern auf texturierten Wafer wurde ein intrinsischer Wirkungsgrad von 15.2% erreicht. Ausserdem ermöglicht die Hot-wire Deposition epitaktischer Emitter die Verwendung von SiO2 oder SiN als Antireflexionsschicht anstelle von transparenten leitfähigen Oxiden (TCO) und damit eine deutliche Reduzierung der Herstellungskosten. Die Leerlaufspannung und der Füllfaktor der hergestellten Solarzellen hängen stark von der Passivierung der Waferoberlfäche ab, wobei beide Hellkennlinienparameter durch eine optimierte Hot-wire Wasserstoffbehandlung des Substrats vor der Emitterdeposition hohe stabile Werte erreichen. Abschliessend wird festgestellt, dass die in-situ Ellipsometrie hervorragend zur zerstörungsfreien und oberflächensensitiven Untersuchung des Schichtwachstum mittels Hot-wire CVD geeignet ist. Ausserdem ist die Hot-wire CVD sehr gut für die Herstellung von Si-Solarzellen mit kristalliner Basis geeignet und besitzt viel versprechende Perspektiven bezüglich (opto-)elektronischer Bauelemente auf der Nanometerskala.
Rutheniumkomplexe mit N-heterocyclischen Carbenliganden stellen aufgrund ihrer katalytischen Eigenschaften eine interessante Verbindungsklasse dar. Obwohl in den vergangenen Jahren eine Vielzahl von Untersuchungen auf diesem Gebiet der Chemie durchgeführt wurden, fanden die Imidazol-2-ylidene vom "Kuhn-Typ" nur wenig Beachtung. Ein thematischer Schwerpunkt meiner Dissertation ist deshalb die Darstellung und Charakterisierung von Rutheniumkomplexen mit "Kuhn-Carbenen" als Liganden. Dabei steht auch die katalytische Aktivität dieser neuen Verbindungen im Mittelpunkt des Interesses. Anhand ausgewählter Reaktionen kann gezeigt werden, daß mehrere Vertreter als Katalysatoren für die Knüpfung von C/C-Bindungen fungieren können. So können mit Hilfe von Rutheniumalkyliden-Komplexen mit einem oder zwei nucleophilen Carbenen als Liganden bestimmte Diene einer Ringschlußmetathese unterzogen werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt meiner Arbeit basiert auf einer von Polifka in der Arbeitsgruppe Binger entdeckten Darstellung eines 1H-Phosphols durch Umsetzung von tert-Butylphosphaacetylen mit einem Rutheniumvinylcarben-Komplex. Nach erfolgreicher Optimierung kann die Phospholsynthese auf eine breite Basis gestellt werden, wobei sowohl eine Variation am Phosphaalkin als auch am Rutheniumvinylcarben-Komplex möglich ist. Durch Modifikation der Reaktionsbedingungen wird ein neuer Zugang zur Substanzklasse der 1H-Phosphirene eröffnet. Die beiden Phosphaheterocyclen, sowohl die Drei- als auch die Fünfringe, werden durch analytische und spektroskopische Methoden charakterisiert und auf ihre Reaktivität hin überprüft. Abschließend wird das Reaktionsverhalten von Carbonylkomplexen der 8. Gruppe mit Phosphaalkinen untersucht. In diesem Zusammenhang gelingt erstmals die Darstellung von 1,3-Diphosphet-Komplexen der Metalle Ruthenium und Osmium. Daneben lassen sich teilweise Dreikerncluster mit Ketenylphosphiniden-Liganden isolieren.
Da gerade in der heutigen Zeit viele zusammenarbeitende Softwareentwickler benötigt werden, um immer komplexer werdende Applikationen zu entwerfen, geht der Trend mehr und mehr in die Richtung des räumlich getrennten Arbeitens. Begünstigt wird diese Entwicklung nicht zuletzt durch die Möglichkeiten der Kommunikation und des Datenaustauschs, die durch das Internet geboten werden. Auf dieser Basis sollen Werkzeuge konzipiert und entwickelt werden, die eine effiziente verteilte Softwareentwicklung ermöglichen. Die Nutzung des Internet zu diesem Zweck löst das Verbindungsproblem für sehr große Entfernungen, die Nutzung von Webservern und -browsern wird der Anforderung der Betriebssystemunabhängigkeit und der Realisierung der Verteiltheit im Sinne des Client/Server-Prinzips gerecht. Unter dem Oberbegriff "Software Configuration Management" versteht man die Menge aller Aufgaben, die bei der Produktverwaltung im Bereich der Softwareherstellung anfallen. In dieser Ausarbeitung sollen zunächst die Anforderungen an ein webbasiertes SCM-System formuliert, einige technische Möglichkeiten genannt und verschiedene existierende SCM-Produkte, die eine Web-Schnittstelle bieten auf die Anforderungen überprüft und miteinander verglichen werden.
Gerade in einer Zeit, in der das Internet in nahezu alle Bereiche des menschlichen Lebens vorgedrungen ist und sich nicht zuletzt aufgrund seiner unbegrenzt scheinenden Möglichkeiten zur Beschaffung und zum Austausch von Informationen und zur weltweiten Kommunikation eines sehr starken Zuspruchs erfreut, liegt es nicht nur im Sinne von Rechenzentren und Dienstanbietern, eine Möglichkeit zur Abrechnung der in Anspruch genommenen Ressourcen in die Hand zu bekommen. Die Erschließung neuer Regionen, sowie der Ausbau vorhandener Netze in Richtung einer Bereitstellung höherer Bandbreiten zur Verbesserung der Übertragungsgeschwindigkeiten ist mit immensen Kosten verbunden. Es ist nicht Aufgabe dieser Arbeit zu entscheiden, auf welche Art und Weise die Kosten auf die Benutzer umgelegt oder verteilt werden sollen. Wir wollen hier auch keine Vorschläge zu solchen Überlegungen einbringen, da dergleichen die Domäne anderer Disziplinen, wie beispielsweise der Betriebs- und Volkswirtschaftslehre und der Politik, darstellt. Unsere Aufgabe ist es aber, die informatikspezifischen Probleme der rechnerinternen Erfassung von Accountinginformationen zu beleuchten und so gesammelte Werte den Spezialisten anderer Fachgebiete zur weiteren Verarbeitung zu überlassen. So befasst sich diese Arbeit zunächst mit den grundlegenden Eigenschaften und Modellen des zu betrachtenden Datenverkehrs, um im folgenden Voraussetzungen und Möglichkeiten zur Realisierung einer benutzerorientierten Erfassung und Abrechung der genutzten Netzwerkressourcen aufzuzeigen und herauszuarbeiten.
Software development organizations are recognizing the increasing importance of investing in the build-up of core competencies for their competitiveness in software system development. This is supported by reuse and experience repository systems that assist in capturing and reusing all kinds of software artifacts (e. g., code, patterns, frameworks) and processes as well as experiences related to these artifacts and processes. To justify such an investment and guide its improvement, it must be evaluated according to the business case, that is, a measurement program has to be developed that is oriented towards the business goals of such a reuse and experience repository system. In this paper, we suggest an approach to iteratively build up measurement programs for gaining feedback and, thereby, controlling and improving such a reuse and experience repository system. The focus is placed on guidelines for the evolution of such measurement programs over time, rather than providing directly applicable metrics or questionnaires. In order to illustrate the feasibility of the approach, examples of running measurement programs at different stages of evolutions are given.
Comprehensive reuse and systematic evolution of reuse artifacts as proposed by the Quality Improvement Paradigm (QIP) do not only require tool support for mere storage and retrieval. Rather, an integrated management of (potentially reusable) experience data as well as project-related data is needed. This paper presents an approach exploiting object-relational database technology to implement QIP-driven reuse repositories. Requirements, concepts, and implementational aspects are discussed and illustrated through a running example, namely the reuse and continuous improvement of SDL patterns for developing distributed systems. Our system is designed to support all phases of a reuse process and the accompanying improvement cycle by providing adequate functionality. Its implementation is based on object-relational database technology along with an infrastructure well suited for these purposes.
The increasing parallelisation of development processes as well as the ongoing trends towards virtual product development and outsourcing of development activities strengthen the need for 3D co-operative design via communication networks. Regarding the field of CAx, none of the existing systems meets all the requirements of very complex process chain. This leads to a tremendous need for the integration of heterogeneous CAx systems. Therefore, MACAO, a platform-independent client for a distributed CAx component system, the so-called ANICA CAx object bus, is presented. The MACAO client is able to access objects and functions provided by different CAx servers distributed over a communication network. Thus, MACAO is a new solution for engineering design and visualisation in shared distributed virtual environments. This paper describes the underlying concepts, the actual prototype implementation, as well as possible application scenarios in the area of co-operative design and visualisation.
Aus Lösungen von Bismuttrichlorid in 1,2,3-Trimethylbenzol bzw. 1,2,4-Trimethylbenzol können die gelben Aren-Komplexe Trichloro(1,2,3-trimethylbenzol)- bismut (16) und Trichloro(1,2,4-trimethylbenzol)bismut (17) isoliert und kristallstrukturanalytisch charakterisiert werden. Während 16 im festen Zustand als Schichtpolymer vorliegt, bilden die Bausteine von 17 eindimensionale polymere Ketten. Die Umsetzung von Bismut(III)-oxid mit Trifluoressigsäureanhydrid führt nicht wie frühere Arbeiten suggerieren zu Bi(O2CCF3)3 (4), sondern in der Regel zu einem Produktgemisch, bestehend aus 4, Bi(O2CCF3)3.(F3CCO)2O (22) und Bi3O(O2CCF3)7 (23). 22 konnte in Substanz isoliert und kristallstruktur- analytisch charakterisiert werden. Die Charakterisierung von 23 gelang indirekt über den dreikernigen Aren-Komplex 24, der aus hexamethylbenzol- haltigen Toluollösungen der Substanz isoliert werden kann. Ebenfalls indirekt konnte 4 über Adduktbildung mit Hexamethylbenzol und die kristallstrukturanalytische Charakterisierung des auf diesem Weg erhaltenen Aren-Komplexes 25 bestätigt werden. Bei der Thermolyse von Bismut(III)-trifluoracetat (4) in Gegenwart von Hexamethylbenzol wird zunächst die hellgelbe Verbindung 25 erhalten. Bei weiterer thermische Belastung bilden sich daraus im Verlauf mehrerer Wochen dunkelrote nadelige Kristalle von catena-Poly[tetrakis(trifluoracetato)dibismut- (Bi-Bi)-hexamethylbenzol (27). Sowohl 25 als auch 27 konnte kristallstrukturanalytisch charakterisiert werden. Das Aren-Addukt 27 enthält als Bestandteil eines Stapelverbandes mit Hexamethylbenzol das erste reduzierte Hauptgruppenelementcarboxylat. Bei Verwendung von Penta- statt Hexamethylbenzol sind die zu 25 und 27 analogen Verbindungen 28 und 29 zugänglich. Die in dieser Arbeit vorgestellten Bi(II)- und Bi(III)-trifluoracetatverbindungen besitzen unterschiedlich koordinierte Trifluoracetatliganden, woraus eine Vielfalt der Koordinationsfiguren der Bismutatome resultiert. Die Umsetzung von Bismuttrichlorid mit Trifluormethansulfonsäure liefert als Produkte das Bismut(III)-trifluormethansulfonat (30) und "BiCl(O3SCF3)2", das in Form des THF-Komplexes 31 isoliert und charakterisiert werden konnte.
Ein Hauptziel der vorliegenden Arbeit war die Etablierung von in vitro Testsystemen zur Erfassung androgener und vor allem antiandrogener Aktivität. Es gelang, drei in der Gruppe neue, unterschiedliche in vitro Testsysteme zu etablieren und mittels der bekannten Antiandrogene zu validieren. Zunächst konnte ein transienter Transaktivierungsassay unter Verwendung des Androgenrezeptor-Expressionsplasmids pSG5AR, des Reportergenplasmids pMamneoLuc und des Kontrollplasmids pSV in COS-7 Affennierenzellen aufgebaut werden. Dadurch wurde eine erste Untersuchung potentieller Androgene/Antiandrogene ermöglicht. Ein für ein effizienteres Screening benötigtes stabil transfiziertes Testsystem konnte gleichzeitig in T47D Brustkrebszellen nach stabiler Transfektion des Reportergenplasmids pMamneoLuc und entsprechender Selektion gewonnen werden. Dagegen war ein nach Transfektion von CV-1 Affennierenzellen mit pMamneoLuc und pSG5AR gewonnenes Testsystem nicht über einen längeren Zeitraum stabil. Das Plasmid pSG5AR enthält keinen Selektionsmarker und wurde daher vermutlich im Laufe der Selektionsphase von den Zellen wieder ausgeschleust. Ein transgenes Reportergentestsystem in den Osteosarkomazellen SaOS-2, wie von Wiren et al. 1997 entwickelt, konnte aufgrund des mittels RT-PCR nachgewiesenen zu geringen Androgenrezeptorgehaltes nicht nachvollzogen werden. Die beiden etablierten transgenen Reportergenassays (transienter Transaktivierungsassay in COS-7 Zellen; Transaktivierungsassay in stabilen T47D- Luc Zellen) wiesen in etwa vergleichbare Sensitivität und Präzision auf. Der zum Vergleich erfolgreich etablierte und validierte nicht transgene Reportergenassay auf Basis des endogenen Reporters PSA war dagegen deutlich sensitiver und präziser. Ein Proliferationsassay konnte weder in MFM-223 Brustkrebszellen noch in SaOS-2 Zellen etabliert werden. Dies ist im Falle der SaOS-2 Zellen auf eine veränderte Steroidhormonrezeptorausstattung zurückzuführen. In den drei etablierten in vitro Testsystemen wurden mittels online Strukturdatenbank-Recherche ausgehend von zwei vorselektierten Leitstrukturen identifizierte Verbindungen untersucht. Bei den Benzophenon-Analoga wurden Oxybenzon, p,p'-Dihydroxybenzophenon, p,p'-Dichlorbenzophenon, p,p'-Dibrom- benzophenon, p,p'-Dimethoxybenzophenon, Benzophenon und Xanthon stellvertretend herausgegriffen, bei den Phenylharnstoff-Analoga Linuron, Monolinuron, Metobromuron, Diuron, Fluometuron und Phenylharnstoff. Die Benzophenon-Analoga wurden im transienten Transaktivierungsassay und im PSA Assay, die Phenylharnstoff-Analoga im stabilen T47D-Luc Transaktivierungsassay und im PSA Assay untersucht. Im transienten Transaktivierungsassay zeigten alle untersuchten Benzophenone eindeutig antiandrogene Aktivität. Dies bestätigte sich im PSA Assay mit einer Ausnahme. Für das unsubstituierte Benzophenon konnte in diesem Testsystem auch bei hoher Konzentration (10 microM) keine antiandrogene Aktivität nachgewiesen werden. Die untersuchten Phenylharnstoff-Analoga zeigten ebenfalls in den eingesetzten Testsystemen, PSA Assay und stabiler Transaktivierungsassay, eindeutig antiandrogene Wirkung, die aber im Vergleich zu den etablierten Verbindungen Hydroxyflutamid und Vinclozolin M2 schwächer ausfiel. Der unsubstituierte Phenylharnstoff war in beiden Testsystemen auch bei 10 microM nicht antiandrogen aktiv. Androgene Effekte wurden im transienten Transaktivierungsassay in COS-7 Zellen untersucht. Anhand einer Signifikanzschwelle wurden lediglich Vinclozolin M2, p,p'- DDE und Hydroxyflutamid als eindeutig androgen aktiv identifiziert. Die erhaltenen Ergebnisse wurden zum Aufstellen von dreidimensionalen Struktur- Aktivitätsbeziehungen (3D-QSAR) herangezogen. Zur Generierung des dazu benötigten einzelnen Zahlenwertes wurden die IC50 R bzw. IC30 RWerte der gemessenen Dosis-Wirkungskurven errechnet. Dabei mußte ein erheblicher Fehler in Kauf genommen werden. Unter Verwendung der Daten aus dem PSA Assay konnte für die Phenylharnstoff-Analoga dennoch ein signifikantes Modell mit einem kreuzvalidierten q 2 -Wert von 0,36 erhalten werden. Für die Benzophenon-Analoga dagegen war aufgrund eines negativen q 2 -Wertes das erhaltene Modell nicht zuverlässig. In diesem Fall ergaben die Daten aus dem transienten Transaktivierungsassay aber ein aussagefähiges Modell mit einem q 2 -Wert von 0,47. Die beiden signifikanten Modelle können zur Vorhersage der antiandrogenen Aktivität von bisher nicht getesteten, strukturell ähnlichen Verbindungen herangezogen werden. Insgesamt konnte in dieser Arbeit ein wichtiger Beitrag zur Identifizierung endokriner Disruptoren geleistet werden. Mit Hilfe der validierten in vitro Testsysteme konnten die ausgewählten Leitstrukturen bestätigt und ein QSAR Ansatz zur schnellen theoretischen Prüfung von Antiandrogenen entwickelt werden.
Rafts sind Mikrodomänen in der Zellmembran, die stark angereichert sind mit Sphingolipiden, Cholesterin, signaltransduzierenden Molekülen, GPI-geankerten Proteinen und einigen transmembranen Molekülen. Rafts spielen eine wichtige Rolle in der T-Zell-Funktionalität. In der vorliegenden Dissertation wurde die Rolle der Rafts bei der Regulation der Zelladhäsion untersucht. Ausgehend von der Integrinaktivierung über das GPI-geankerte Molekül CD24 wurde ein genereller Mechanismus zur Regulation der Aktivität des Leukozyten-Funktions-Antigens-1 (LFA-1) in T-Lymphozyten aufgeklärt. Es konnte gezeigt werden, daß Antikörper gegen das GPI-geankerte Molekül CD24 eine Aktivierung des LFA-1- Integrins zu induzieren vermögen. Diese Aktivierung hängt ab von der Kolokalisation des Integrins mit CD24 in den Rafts der Zellmembran und ist bedingt durch eine Vernetzung der Rafts, was zu einer Erhöhung der Avidität des Integrins führt. Das Vernetzen des Raft-Markers GM1 kann die Avidität in gleicher Weise erhöhen. In den o. g. Aktivierungsmechanismus sind die PI3-Kinase, Tyrosin-Kinasen und das Zytoskelett involviert. Cholesterin-Depletion inhibiert den Aktivierungsmechanismus des LFA-1 über Raft-Clustern. Eine physiologische Relevanz des vorgestellten Aktivierungsmechanismus konnte für aktivierte T-Zellen gezeigt werden. Durch Cholesterin-Depletion kann das basale Bindungsvermögen der Zellen reduziert werden. Die Rolle von CD24 als Raft-Molekül wurde bei der Regulation des alpha-4-Integrin in präB-Lymphozyten untersucht. In diesem System führte die Anwesenheit von CD24 auf der Zelloberfläche zur erhöhten Bindung an ein alpha-4-Integrin-Substrat. Auch in diesen Zellen ist CD24 und das alpha-4-Integrin z. T. in den Rafts lokalisiert. Der in T-Lymphozyten nachgewiesene Aktivierungsweg des Integrins durch Clustern der Rafts ist auch hier aktiv. Ein Einfluß von CD24 auf die Aktivität des alpha-4-Integrins konnte auch in der alpha-4-abhängigen Migration gezeigt werden. In CD24-negativen Zellen konnte durch externe Gabe von löslichem CD24 die alpha-4-vermittelte Bindung rekonstituiert werden. Der Effekt kann durch Cholesterin-Depletion wieder aufgehoben werden. Der gleiche Effekt gilt für die Inkubation der Zellen mit DIG-Fraktionen, die CD24 enthielten. Der Effekt war spezifisch für CD24 und wurde nicht mit GPI-geankerten Kontrollmolekülen beobachtet. PI-PLC-Behandlung von CD24-positiven Zellen reduziert die alpha-4-vermittelte Bindung. Die Ergebnisse werden im Sinne einer Funktion des CD24 bei der Stabilisierung von Raft-Clustern in der Membran diskutiert.
Bilanzierungen über die Eintrags- und Austragswege von Schwermetallen in landwirtschaftlich genutzte Flächen deuten darauf hin, daß auch in Zukunft mit einer Erhöhung der Schwermetallbelastung, insbesondere durch die Verwendung von sogenannten Sekundärrohstoffdüngern wie z.B. Klärschlamm, zu rechnen ist. Die Gehalte an Schwermetallen, insbesondere von Cd, sollten aber möglichst gering sein, um Toxizitäten und Ertragseinbußen bei Pflanzen sowie Gesundheitsschäden von Mensch und Tier zu vermeiden. Deshalb ist es notwendig, neben einer Minimierung des Neueintrages von Schwermetallen in landwirtschaftlich genutzte Flächen auch nach Wegen zu suchen, die Schwermetallaufnahme in die Pflanzen zu senken. Da es große Unterschiede in der Schwermetallakkumulation zwischen Pflanzenarten und auch -sorten gibt, sollte es möglich sein, Sorten mit besonders niedriger Schwermetallaufnahme bzw. -akkumulation in den Ernteprodukten zu züchten. Daraus leitet sich die Zielstellung der vorliegenden Arbeit ab, Zusammenhänge zwischen wichtigen Parametern der Nährstoffaufnahme, die auch für die Schwermetalle von Bedeutung sind, und den Schwermetallgehalten in den Pflanzen herzustellen, um so mögliche Wege für eine gezielte Selektion auf niedrige Schwermetallgehalte zu finden. Insbesondere die Rolle von Wurzelexsudaten bei der Mobilisierung und Aufnahme der Schwermetalle Kupfer, Zink und Cadmium soll dabei näher untersucht werden da bekannt ist, daß Pflanzen, insbesondere unter Phosphatmangel, vermehrt organische Säuren über die Wurzeln in den Boden ausscheiden und damit die chemischen Eigenschaften im nahen Bodenraum (Rhizosphäre) meßbar verändern können. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, daß die Mechanismen der Schwermetallmobilisierung und Aufnahme durch Pflanzen sehr komplex sind. Neben physikochemischen Bodeneigenschaften spielen insbesondere morphologische und physiologische Pflanzeneigenschaften eine große Rolle. Die Bodeneigenschaften bilden dabei die Ausgangssituation, wobei neben den Schwermetall-Gesamtgehalten insbesondere der pH-Wert, der Gehalt an organischer Substanz und der Tongehalt, sowie die Bindungsformen der Schwermetalle im Boden über den Anteil der mobilen und pflanzenverfügbaren Fraktion entscheiden. Diese Ausgangssituation wird von den Pflanzen in unterschiedlicher Weise genutzt und beeinflußt. Pflanzen mit großen Wurzelsystemen stehen zu einer größeren Bodenmenge in Kontakt. Die Ergebnisse zeigen, daß es eine positive Beziehung zwischen den Kupfer-, Zink- und Cadmiumgehalten der Sprosse von 11 Spinatsorten und dem Wurzel-Sproß-Verhältnis gibt. Die insbesondere bei P-Mangel beobachtete verstärkte Exsudation von organischen Säuren erhöht die Löslichkeit von Cu, Zn und Cd in der Rhizosphäre bei Spinat deutlich. Wenn auch das WSV offenbar für hohe Schwermetallgehalte in den Spinatsorten eine große Bedeutung hat, so wirkt sich offenbar die genotypisch variierte Säureexsudation und damit veränderte Schwermetallöslichkeit in der Rhizosphäre klar auf die Schwermetallgehalte in den Sprossen aus. Diesen Schluß lassen jedenfalls die Differenzen zwischen den Sorten Monnopa (niedrige Schwermetallgehalte, niedrige Exsudationsraten) und Tabu (hohe Schwermetallgehalte, hohe Exsudationsraten) zu. Betrachtet man die Wirkung der organischen Säuren im Boden, so zeigt sich, daß diese die Löslichkeit von Cu, Zn und Cd erhöhen. Dabei gibt es allerdings große Unterschiede in der Effektivität der einzelnen Säuren sowie in den Wirkmechanismen. Die Löslichkeit von Cu ist vor allem auf die Komplexierung mit den Säureanionen zurückzuführen. Bei den Elementen Zn und Cd wird die Löslichkeit zum Teil durch Komplexierung der Ionen, in erster Linie aber durch Änderungen im pH-Wert beeinflußt. Erst bei hohen pH-Werten tritt der Anioneneffekt in den Vordergrund. Signifikante Unterschiede bei den Aufnahmeraten von Schwermetallen aus komplexierten und unkomplexieren Schwermetallösungen konnten im Versuch nicht festgestellt werden. Daraus ergibt sich der Schluß, daß Spinatsorten mit geringer Exsudationsrate organischer Säuren in Hinsicht auf geringe Schwermetallgehalte der Sprosse positiv zu bewerten sind. Die Eigenschaften "kleines WSV" und "niedrige Exsudationsraten organischer Säuren" könnten somit aufgrund der vorliegenden Ergebnisse als Selektionskriterium für Spinat auf niedrige Schwermetallgehalte geeignet sein.
In der vorliegenden Arbeit wurde an einem kleinen Spektrum humaner Xenograft-Tumoren exemplarisch die cAMP-hydrolysierende PDE-Aktivität untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich Tumoren unterschiedlichen Gewebeursprungs stark in ihrer cAMP-hydrolysierenden PDE-Aktivität unterscheiden können, aber dass auch bei verschiedenen Tumoren des gleichen Gewebes die PDE-Aktivität ebenfalls stark variiert. Gleichzeitig wurden große Unterschiede im prozentualen Anteil an PDE4 gefunden. In nahezu der Hälfte der untersuchten Xenografts stellen Isoenzyme der PDE4-Familie weniger als 50% an der Gesamt-PDE-Aktivität dar. Bei Untersuchungen des großzelligen humanen Lungenxenografts LXFL529, der verglichen mit allen anderen untersuchten Tumoren die höchste PDE-Aktivität aufweist, konnte gezeigt werden, dass dieses Tumorgewebe PDE4D3 zu enthalten scheint, die jedoch sehr leicht proteolytisch gespalten wird. Außerdem wurden kurze Formen des PDE4D-Gens detektiert. Dabei könnte es sich um PDE4D1, PDE4D2 oder die von Eyschen (1999) aus LXFL529-Tumorgewebe isolierte trunkierte PDE4D3 handeln. Möglicherweise wird in LXFL529-Xenograftgewebe auch eine kurze Form einer nicht zur PDE4D-Isoenzymfamilie gehörenden PDE exprimiert. Zur genauen Bestimmung müssen noch weitere Untersuchungen durchgeführt werden. Bislang wurden wirkmechanistische Untersuchungen mit PDE4-Hemmstoffen ausschließlich an Permanent-Zelllinien durchgeführt. Um Aussagen über die Übertragbarkeit der Ergebnisse in vitro auf die in vivo-Situation zu ermöglichen, wurde Tumorgewebe zweier unterschiedlicher Lungentumor-Xenografts, LXFL529 und das humane kleinzellige Lungenkarzinom LXFS650, bezüglich seiner cAMP-hydrolysierenden PDE-Aktivität und dem Gehalt an PDE4 mit den entsprechenden Permanent-Zelllinien verglichen. Dabei wiesen beide Zelllinien eine wesentlich niedrigere PDE-Gesamtaktivität als die entsprechenden soliden Xenograft-Tumoren auf. Der Anteil an PDE4 liegt in LXFL529L-Zellen und soliden Tumor in der gleichen Größenordnung. Auch im Cytosol von LXFS650 (Zelllinie und Tumor) wird der gleiche Prozentsatz PDE4 nachgewiesen, während er im Partikular der Zelllinie deutlich höher liegt im entsprechenden Tumor. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit waren Untersuchungen zum Wirkmechanismus des potenten PDE4-Inhibitors DC-TA-46. Dieser Hemmstoff zeigt große Unterschiede in den IC50-Werten der Hemmung isolierter PDE4 aus LXFL529-Tumorgewebe (0,016 microM) bzw. der Wachstumshemmung von LXFL529L-Zellen (2,3 microM). Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die subzelluläre Verteilung des Hemmstoffs vermutlich eine wesentliche Rolle spielt. Die PDE-Aktivität von Proteinpräparationen aus LXFL529L-Zellen wird durch DC-TA-46 mit IC50-Werten von 0,22 microM (Cytosol) und 0,5 microM (Partikular) gehemmt und unterscheidet sich in der Sensitivität damit nicht von Proteinpräparationen aus solidem Tumorgewebe. Inkubiert man jedoch LXFL529L-Zellen mit der Substanz, so erreicht man erst bei Konzentrationen > 10 -6 M eine Hemmung der cytosolischen PDE-Aktivität. Im Partikular der Zellen zeigt sich hingegen durch die Anreicherung von DC-TA-46 in Membranstrukturen eine deutliche Erhöhung der Hemmwirkung im Vergleich zur entsprechenden isolierten Proteinpräparation. Die Hemmung der intrazellulären PDE-Aktivität scheint dabei auch zelltyp-spezifisch zu sein. Analoge Versuche mit LXFS650L-Zellen zeigten eine deutlich höhere Hemmung der cytosolischen PDE im Vergleich zu LXFL529L-Zellen. Dies scheint mit der höheren Sensitivität von LXFS650L-Zellen gegenüber der wachstumshemmenden Wirkung von DC-TA-46 im Sulforhodamin B-Test zu korrelieren. Diese Untersuchungen zeigten, dass die Bestimmung der intrazellulären Hemmwirkung eine wesentliche Messgröße zur Untersuchung potentieller PDE-Hemmstoffe darstellt. Deshalb wurde für die bislang in unserem Arbeitskreis zur Verfügung stehenden Pteridinderivate die Hemmung der intrazellulären PDE untersucht. Fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen an LXFL529L-Zellen ergaben keine Anhaltspunkte für Unterschiede in der subzellulären Lokalisation der verschiedenen Derivate. Alle Substanzen scheinen sich ebenso wie DC-TA-46 in Membranstrukturen in der perinuklearen Region anzureichern. Die Derivate unterscheiden sich jedoch deutlich in ihrer Hemmung. Durch Variation der Substituenten in 4- und 7-Position bzw. an 6-Position konnte am ehesten eine gute PDE-Hemmung erreicht werden. Zwei an 7-Position substituierte Derivate mit basischem Stickstoff ohne H-Donorfunktion zeigten sogar eine bessere Inhibition der zellulären PDE als DC-TA-46. Durch Variationen der Substituenten in 2-Position des Grundgerüsts kann keine bzw. nur geringe Hemmung zellulärer PDE erreicht werden. Die meisten Veränderungen an 4 -Position konnten keine PDE-Hemmung erzielen. Für die Hemmung zellulärer PDE scheint also ein größerer Rest an 6-Position als Wasserstoff wichtig zu sein bzw. eine Wasserstoffdonorfunktion des basischen Stickstoffs in 4 -Position. Lediglich eine an 4 -Position mit einem Acetylrest substituierte Verbindung war in LXFL529L-Zellen ein potenter PDE-Hemmstoff, nicht jedoch am isolierten Enzym, was auf die Freisetzung der Leitsubstanz DC-TA-46 durch metabolische Prozesse in der Zelle zurückzuführen sein kann. Deshalb sollte bei zukünftigen biologischen Testungen nicht nur am isolierten Enzym, sondern auch in Zellen getestet werden sollte, da nur so pharmakologische Prozesse einbezogen werden. In vitro führt die Behandlung von Tumorzellen mit DC-TA-46 zu einem Zellzyklusarrest in der G1-Phase des und zur Induktion von Apoptose [Wagner, 1998; Marko et al., 1998]. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass dieser Zellzyklus-Arrest nicht durch die Wirkung des Pteridinderivats auf die Cyclin-abhängigen Kinase-Inhibitoren p21 cip1 und p27 kip1 zustande kommt. Der cAMP-Gehalt von Zellen kann während des Zellzyklus periodischen Schwankungen unterliegen [Millis et al., 1974]. In LXFL529L-Zellen konnte eine positive Korrelation zwischen der PDE-Aktivität im Cytosol und dem Anteil der Zellen in der G0/G1-Phase des Zellzyklus detektiert werden. Im Partikular hingegen ist ein deutlicher Zusammenhang zwischen der PDE-Aktivität und des Gehalts von G2/M-Phase-Zellen bzw. eine negative Korrelation zwischen partikulärer PDE-Aktivität und dem Anteil der G1-Phase-Zellen zu sehen. Da DC-TA-46 aufgrund seiner subzellulären Lokalisation hauptsächlich im Partikular wirksam ist, scheint v.a. die Hemmung der partikulären Isoenzyme für den G1-Arrest wesentlich zu sein. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nun umgekehrt gezeigt werden, dass in LXFL529L-Zellen in der G1-Phase eine geringe partikuläre PDE-Aktivität vorliegt.
In dieser Arbeit konnte ein Protokoll für die Isolierung von bisher nicht zugänglichen Mengen des ionotropen Glutamatrezeptors GluRB erarbeitet werden. Insbesondere die im Vergleich zu früheren Präparationen deutlich verbesserte Reinheit und Homogenität des Proteins ermöglichten erste Schritte hin zu einer strukturellen Aufklärung. Wenngleich diese bei den verschiedenen Ansatzpunkten - hydrodynamische Eigenschaften, Rekonstitution, Quervernetztung, 3D-Rekonstruktion und auch den in jüngerer Zeit begonnenen 2D-Kristallisationversuchen - bislang nur zu vorläufigen und oftmals negativen Ergebnissen geführt hat, so stellt doch die Verfügbarkeit des Proteins im heutigen Maßstab eine wichtige Voraussetzung für alle genannten und weitere Untersuchungen dar. Die Untersuchungen der hydrodynamischen Eigenschaften des Proteins konnten die oligomere Zusammensetzung des Ionenkanals nicht endgültig aufklären. Weitere Untersuchungen sind deshalb unerlässlich. Insbesondere die bessere Verknüpfung von Quervernetzungs- und STEM-Untersuchungen scheint ein vielversprechender Ansatz zur Ermittlung des Molekulargewichtes zu sein. Dennoch sind die hier vorgestellten Ergebnisse mit der Vorstellung eines tetrameren Ionenkanals eher in Einklang zu bringen, als mit einer pentameren Zusammensetzung. Die Hinweise auf das Vorliegen von Dimeren in STEM- und Quervernetzungsexperimenten, seien sie gedeutet als Zerfallsprodukte des intakten-Kanals oder als weitere stabile Konformation des Proteins, lassen die Hypothese zu, daß sich Glutamatrezeptoren zur Ausbildung des Ionenkanals aus zwei Dimeren zusammensetzen, wobei die Wechselwirkungen innerhalb eines Dimers stärker sind als diejenigen zwischen ihnen. Inwieweit dies physiologische Bedeutung haben könnte, ist derzeit aber nicht bekannt. Auf dem Wege zu einer strukturellen Charakterisierung des GluRB sollten Rekonstitutionsversuche auch weiterhin unternommen werden, obgleich sich Hinweise auf funktionelle Inkorporation des Proteins in dieser Arbeit nicht ergaben. Besonders wichtig für das Membranprotein scheint es zu sein, auch im solubilisierten Zustand Bedingungen vorzufinden, die seinem nativen Zustand nahe kommen. Aufgrund der weiterhin begrenzten Verfügbarkeit von GluRB sowie der zahlreichen Parameter, die die Rekonstitution beeinflussen, haben die hier vorgestellten Experimente allenfalls vorläufigen Charakter und sollten nicht zum Anlaß genommen werden, die Rekonstitution grundsätzlich als wichtige Methode zur strukturellen Charakterisierung des GluRB in Frage zu stellen. Die gegenwärtig durchgeführte Einzelpartikelanalyse könnte durch eine gelungene Rekonstitution wesentlich erleichtert werden. Leider ist die Expression des neuronalen a7-Acetylcholinrezeptors nicht mit gleichem Erfolg gelungen. Im Baculovirussystem konnte lediglich ein fragmentierter Rezeptor mit schlechten Ligandenbindungseigenschaften exprimiert werden. Hefen und Bakterien ergaben noch schlechtere Ergebnisse. Optimistisch mag die Erkenntnis stimmen, daß das Expressionsniveau der Fragmente in den Insektenzellen erstaunlich hoch war. Die Proteolyseanfälligkeit ist das eigentliche Problem in dieser Arbeit gewesen. Mittels einer verbesserten Aufreinigung, eventuell unter Verwendung einer 10fach-Histidinmarkierung oder anderer C-terminaler Epitope, könnte die Ermittlung der Proteaseschnittstelle gelingen. Die Expression müßte mit einem a7-Konstrukt versucht werden, in dem diese Schnittstelle durch Mutation entfernt wurde. Insgesamt konnte gezeigt werden, daß das Baculovirusexpressionssystem gute Möglichkeiten bietet, eukaryontische Neurotransmitterrezeptoren in für strukturelle Untersuchungen notwendigem Maße zu erzeugen. Im Falle des a7-nAChR müßte es allerdings gelingen, die Fragmentierung zu unterdrücken. Die Aufreinigung und weitere Untersuchung bleibt angesichts der im Vergleich zu löslichen Proteinen weitaus niedrigeren Expression weiterhin schwierig. Die zahlreichen Arbeiten, die gegenwärtig an Membranproteinen durchgeführt werden, führen in absehbarer Zeit sicherlich zu einem besseren Verständnis dieser wichtigen Klasse von Proteinen und werden dann auch experimentelle Erfolge ermöglichen, die in dieser Arbeit noch nicht gelungen sind.
Zur Untersuchung des Abflussverhaltens gängiger Befestigungsarten wurden mit Hilfe des Modells KOSMO Niederschlag-Abfluss-Simulationen durchgeführt. Betrachtet wurden hier-bei sowohl Einheitsflächen als auch ganze Einzugsgebiete verschiedener städtebaulicher Struktur. Die Berechnungen erfolgten unter Vorgabe empfohlener Verlustparameter zur Benetzung und zur Muldenauffüllung sowie angepasster Parameterwerte zur Beschreibung der Versickerung. Die Abflusssimulationen wurden für ein weitreichendes Spektrum bemessungsrelevanter Niederschlagsbelastungen vollzogen. Es wurden Einzelregen konstanter und variabler Intensität unterschiedlicher Regendauer sowie eine neunmonatige Nieder-schlagsreihe simuliert. Aus der Bilanzierung des Niederschlag-Abfluss-Prozesses wurden die verschiedenen Abflussbeiwerte der unterschiedlichen Flächenarten ermittelt. Die Modellsimulationen haben gezeigt, dass eine signifikante Abhängigkeit der rechneri-schen Abflussbeiwerte von der zugrunde gelegten Niederschlagsbelastung besteht, die mit zunehmender Versickerungsfähigkeit der Flächen ansteigt. Während die weitestgehend undurchlässigen Flächentypen recht konstante Werte aufweisen, sind die Abflussbeiwerte der durchlässig befestigten Flächen großen niederschlagsbedingten Schwankungen von bis zu 0,5 unterlegen. Hierbei spielen sowohl die Regenintensität als auch die Regendauer und der zeitliche Verlauf des Regens eine Rolle. Die Berechnungsergebnisse für den mittleren Abflussbeiwert, den Endabflussbeiwert sowie den Spitzenabflussbeiwert zeigten für die Simulation von Einzelereignissen unter Berück-sichtigung der belastungsbezogenen Abhängigkeit eine gute Übereinstimmung mit den Richtwerten. Den Berechnungen des mittleren Abflussbeiwertes und des Endabflussbeiwertes wurden hierbei wesentlich geringere Parameterwerte zur Versickerung zugrunde gelegt als für den Spitzenabflussbeiwert, für den die Richtwerte nur mit deutlich höher angesetzten Infiltrationsleistungen bestätigt werden konnten. Diese Versickerungsleistungen liegen zwar noch deutlich unter den von Borgwardt und Muth in neueren Untersuchungen festgestellten Werten und sind somit wissenschaftlich begründet. Dennoch erscheint es fraglich, ob das Versickerungsvermögen durchlässig befestigter Flächen tatsächlich derart hoch ist. Diese Frage kann jedoch anhand der vorliegenden Untersuchung nicht geklärt werden. Des Weiteren wurde festgestellt, dass die Langzeitsimulation von Niederschlagsreihen mit den an Einzelereignisse angepassten Modellparametern sehr geringe Ergebniswerte für den mittleren Abflussbeiwert und teilweise auch für den Endabflussbeiwert der durchlässigen Flächenbefestigungen liefert. Hier stellt sich die Frage, ob der Abflussbeitrag von diesen Flächen im Jahresmittel tatsächlich derart gering ausfällt. Dies wäre aufgrund der Abhängigkeit der Abflussbeiwerte von der Regenbelastung durchaus plausibel, da ein Großteil der jährlichen Niederschlagsereignisse nur geringe Intensitäten aufweist. Der Ansatz geringerer Parameterwerte zur Versickerung erscheint im Hinblick auf die in der Literatur genannten Untersuchungsergebnisse nicht sinnvoll. Darüber hinaus trat hinsichtlich der Endabflussbeiwerte die Problematik auf, dass sich aus der Definitionsgleichung für stark durchlässige Flächenbefestigungen unzutreffenden Werte ergeben. Die Langzeitsimulation von Einzugsgebieten mit einem hohen Anteil versickerungsintensiver Flächen muss daher als problematisch beurteilt werden. Betrachtungen zur Genauigkeit der durchgeführten Untersuchungen (hier nicht aufgeführt) haben gezeigt, dass zahlreiche gebiets- und modellspezifische Faktoren Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Berechnungsergebnisse haben. Die rechnerischen Abflussbeiwerte weisen insbesondere hinsichtlich der Parameterwerte im Versickerungsansatz nach Horton eine starke Sensitivität auf, die bei der Anwendung von Abflussmodellen zur Berechnung des Oberflächenabflusses berücksichtigt werden muss. Aufgrund der im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Modellberechnungen kann die Kompatibilität von Berechnungen des Oberflächenabflusses durch Abflusssimulation mit den empfohlenen Standardwerten der einschlägigen Literatur grundsätzlich festgestellt werden. Durch die Anwendung gängiger Modellansätze zur Beschreibung der Abflussbildung unter Ansatz angepasster Parameterwerte können insbesondere bei der Simulation von Einzelereignissen weitgehend übereinstimmende Ergebnisse erzielt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass die Simulationsergebnisse entscheidend von der angesetzten Niederschlagsbelastung bestimmt werden, so dass die Anwendung von Berechnungsmodellen nur bezogen auf bestimmte Niederschlagsbelastungen erfolgen kann. Darüber hinaus empfiehlt es sich dringendst, das eingesetzte Modell vorab unter Berück-sichtigung der gebietsspezifischen Gegebenheiten bezüglich der angesetzten Parameterwerte zu eichen. Die Anwendung von Abfluss- und Schmutzfrachtmodellen setzt daher stets voraus, dass die abflussrelevanten Randbedingungen sorgfältig erfasst und bei der Abflusssimulation ausreichend berücksichtigt werden. Die Anwendung von Abflussmo-dellen zur Berechnung des Oberflächenabflusses ist insbesondere im Hinblick auf eine differenzierte Betrachtung der Teilflächen und der Berücksichtigung des Versickerungsbei-trages durchlässiger Befestigungsarten sinnvoll, während diesbezüglich die Angaben des ATV-Arbeitsblattes A 118 nicht ausreichend sind. Des Weiteren machten die Untersuchungen deutlich, dass der derzeitige Kenntnisstand bezüglich des Infiltrationsvermögens durchlässig befestigter Flächen nicht ausreicht. Die vorzugebenden Modellparameter zur Versickerung sind bislang noch mit größeren Unsicherheiten behaftet, die sich unmittelbar auf die Zuverlässigkeit der Berechnungsergebnisse niederschlagen. Hier werden langfristige und großflächig angelegte Freilandmessungen empfohlen, die zur Erarbeitung von Versickerungswerten als Eingangsgrößen in die Abflussberechnungen und zur Festlegung von Abflussbeiwerten dienen können.
Um eine weitere Zunahme der Umweltbelastung infolge des stetig anwachsenden Leergewichtes heutiger Kraftfahrzeuge zu vermeiden, wird dem vermehrten Einsatz von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen (FKV) auch für hochbelastete Sekundärstrukturen zukünftig eine zentrale Rolle beim intelligenten Fahrzeug-Leichtbau zukommen. Die hierzu erforderliche Substitution metallischer Bauweisen durch FKV-Lösungen bietet das Potential, aufgrund des herausragenden gewichtsspezifischen Eigenschaftsprofils der Werkstoffgruppe und der Möglichkeit einer weitreichenden Teile- und Funktionsintegration eine deutliche Gebrauchswerterhöhung und auch Kostenreduktion zu erzielen.
Die im Rahmen dieser Arbeit durchgefüh1ie Analyse des heutigen Entwicklungsstandes von
Fahrzeug-Sitzstrukturen und Fahrwerkselc1nenten in FKV-Bauweise zeigte, daß bei vorderen
Pkw-Sitzen die Grenzen des mit FKV derzeit Umsetzbaren erreicht sind. Bei Pkw-Fahrwerken konnte festgehalten werden, daß bislang keine längsorientierte, nicht angetriebene Hinterachse in FKV-Bauweise ohne zusätzliches Querelement bekannt ist, obwohl diese Achsbauart zunehmend eingesetzt wird. Zielsetzung der Arbeit war es daher, innovative Ansätze für die integrierte Gestaltung vorderer Sitzstruktur-Komponenten zu entwickeln, die Leichtbau und hohe Funktionalität mit Großserienfertigung verbinden und weiter Vorschläge zur Gestaltung längsorientierter, nicht angetriebener Pkw-Hinterachsen in FKV-Bauweise zu erarbeiten. Die Arbeit geht zunächst detailliert auf die Besonderheiten der FKV-Bauweisenentwicklung im Vergleich zum klassischen Konstruktionsablauf bei metallischen Strukturen ein. Darauf aufbauend wird die werkstoff- und fertigungsgerechte Spritzgieß-Konstruktion einer oberen Lehnen-Quertraverse aus diskontinuierlich langglasfaserverstärktem Thermoplasten (DLFRP oder LFT) vorgestellt, die zwei Kopfstützen-Führungselemente und die eigentliche metallische Quertraverse integriert. Zudem ermöglicht die Funktionserweiterung der axialen Drehbarkeit des gesamten Bauteils ein verbessertes Anstellen der Kopfstütze an den Insassen-Hinterkopf. Quasi-statische und auch dynamische Kopfaufprall-Prüfungen an Prototypen zeigten eine gute
Übereinstimmung mit den numerischen Simulationsergebnissen und bestätigten das geforderte „gutmütige" Versagensverhalten des Bauteils durch den Einsatz von Langfasern.
Im weiteren stellt die Arbeit erstmals ein schlüssiges werkstoff- und fertigungsgerechtes Konzept für eine längsorientierte, nicht angetriebene Hinterachse in FKV-Bauweise auf der Basis eines funktionsintegrierten CFK-Doppel-Blattfeder-Elementes mit in Reihe geschalteter FKV-Drehrohrfeder-Anordnung vor. Die im Vergleich zu herkömmlichen Metallbauweisen um etwa 40 % leichtere Konstruktion verzichtet auf ein mitfederndes Querelement zur Aufnahme der Seitenkräfte und ermöglicht ein elastokinematisch basiertes In-Vorspur-Gehen des kurvenäußeren Hinterrades. Die grundsätzliche Funktionstüchtigkeit der Konstruktion konnte in ausführlichen strukturmechanischen Simulationsrechnungen nachgewiesen werden.
The demand for material, energy and weight saving in many industrial fields promotes the use of
novel lightweight construction materials like fibre reinforced plastics (FRP). FRP with
thermoplastic matrices provide a high potential for lightweight construction together with the
possibility of process automation, a good medium resistance, a favourable impact behaviour and
good recyclability. However, the employment of these materials raises joining problems since
usual joining technologies can scarcely be used. Preliminary studies showed that welding
technologies are superior to the conventional joining technologies riveting and adhesive bonding
with regard to the mechanical seam properties.
Therefore, the aim of the present work was the development of plant configurations and process
windows for welding thermoplastic FRP with which a material and component spectrum as big
as possible can be joined economically. The investigated materials were fabric reinforced
thermoplastics (polypropylene, polyamide 12, polyamide 6.6 and polyphenylene sulphide) with
glass fibre and/or carbon fibre reinforcement and fibre volume fractions above 35%.
The evaluation of the existing welding technologies with regard to technological, economical
and ecological aspects showed that vibration welding and induction welding are most suitable to
welding of thermoplastic FRP. Therefore, these two welding technologies were investigated in
detail in the present work.
For vibration welding the parameter influences determined in different works on unreinforced
thermoplastics were confinned qualitatively. However, for the exa1nined fabric reinforced
thermoplastics the process parameters differed quantitatively compared to those for unreinforced
thermoplastics. The optimum welding pressure as well as the necessary welding time were three
times that for unreinforced thermoplastics. Despite the abrasion of the reinforcing fibres due to
the friction forces, a very good tensile shear strength was achieved. For a glass-fibre fabric
reinforced polyamide 12, for example, a weld factor of l was achieved. A process-controlled
welding pressure reduction during the vibration phase 3, which was proposed for unreinforced
thermoplastics, was integrated into a developed system controller programme. In this the melt
displacement course is analysed online and the pressure is reduced automatically. For T-profiles
with welded braces of glass-fibre reinforced polypropylene this procedure led to an essential
strength and rigidity increase. However, for single lap joints of FRP no strength increase could
be observed. As technological and economical alternative to the vibration welding technology, a continuous
induction welding process was developed, the necessary plant was built and the process was
analysed and modelled. Current flow in the laminate was identified as the dominant mechanism
of induction heating of carbon-fibre fabric reinforced plastics, due to the contact of the crossing
fibre bundles. The essential quality relevant feature of the developed process is the course of the
laminate temperature during the four process phases. This was analysed and the influencing
process parameters were determined and quantified.
A simple model based on fibre contact in the laminate was developed, with which the necessary
induction heating time for different lmninate structures was estimated. The differing fibre contact
areas in the different fabrics were considered by the introduction of a fabric factor. In order to
obtain a more exact determination of the temperature distribution in the laminate a finite element
model was developed. With this model the temperature distribution and the absolute temperature
in carbon-fibre reinforced laminates during induction heating were predicted. It was sufficient to
model the inhomogeneous laminate in a simplified manner as monolithic material with anisotropic
properties. The three cooling phases were modelled with Fourier's law of thermal conduction
in its three-dimensional form, which was solved with the Binder-Schmidt explicit method.
The difference between measured and calculated values was less than IO %. With the developed
models it is possible to determine optimum process parameters with the aid of a few easy
preliminary experiments.
Like for vibration welding optimum process windows for carbon-fibre and glass-fibre reinforced
thermoplastics were developed for induction welding, too. The achieved tensile shear strength of
induction welded single lap joints was only slightly lower than that of vibration welded
specimens concerning equivalent laminates.
Finally, the developed welding technologies were compared with each other regarding technological
and economical aspects. It was found that vibration and induction welding complement
each other very well. Vibration welding should be used for mass production and simple shaped
parts with small to medium sizes, while induction welding is more suitable for small series of
parts with almost any shape and size.
Aufgrund der vernetzten Strukturen und Wirkungszusammenhänge dynamischer Systeme werden die zugrundeliegenden mathematischen Modelle meist sehr komplex und erfordern ein hohes mathematisches Verständnis und Geschick. Bei Verwendung von spezieller Software können jedoch auch ohne tiefgehende mathematische oder informatorische Fachkenntnisse komplexe Wirkungsnetze dynamischer Systeme interaktiv erstellt werden. Als Beispiel wollen wir schrittweise das Modell einer Miniwelt entwerfen und Aussagen bezüglich ihrer Bevölkerungsentwicklung treffen.
Zerlegungen und Parkettierungen der Ebene spielen in vielen wissenschaftlichen, praktischen und künstlerischen Bereichen eine wichtige Rolle. In dieser Abhandlung werden solche diskrete Systeme von Punktmengen betrachtet. Zunächst werden Packungen einfacher Figuren durch Polyominos, diskrete Zerlegungen der Ebene sowie Zerlegungen von Polygonen in Polygone behandelt. Weiterführend werden sowohl Mosaike, als auch Parkette und deren Anwendungsbeispiele vorgestellt.
Wir beschreiben eine Methode zur Approximation von Spannungsgradienten aus diskreten Spannungsdaten. Eine herkömmliche Diskretisierung der Ableitungen aus Funktionswerten führt zu Stabilitätsproblemen, weswegen eine Möglichkeit zur Kontrolle der Ableitungen notwendig ist (Regularisierung). Wir bestimmen zunächst das Funktional der potentiellen Energie und führen zusätzlich ein Fehlerfunktional ein, das die Anpassung an die vorgegebenen diskreten Werte ermöglicht. Durch Gewichtung der beiden Funktionale und Minimierung des Gesamtfunktionals erhält man den gewünschten Ausgleich zwischen der Fehlerkontrolle beim Ableiten einerseits und Kontrolle der Fehler bei den Randwerten andererseits.
Mean field equations arise as steady state versions of convection-diffusion systems where the convective field is determined as solution of a Poisson equation whose right hand side is affine in the solutions of the convection-diffusion equations. In this paper we consider the repulsive coupling case for a system of 2 convection-diffusion equations. For general diffusivities we prove the existence of a unique solution of the mean field equation by a variational technique. Also we analyse the small-Debye-length limit and prove convergence to either the so-called charge-neutral case or to a double obstacle problem for the limiting potential depending on the data.
This essay discusses the multileaf collimator leaf sequencing problem, which occurs in every treatment planning in radiation therapy. The problem is to find a good realization in terms of a leaf sequence in the multileaf collimator such that the time needed to deliver the given dose profile is minimized. A mathematical model using an integer programming formulation has been developed. Additionally, a heuristic, based on existing algorithms and an integer programming formulation, has been developed to enhance the quality of the solutions. Comparing the results to those provided by other algorithms, a significant improvement can be observed.
Analysis II
(2000)
The paper studies the effect of a weak periodic driving on metastable Wannier-Stark states. The decay rate of the ground Wannier-Stark states as a continuous function of the driving frequency is calculated numerically. The theoretical results are compared with experimental data of Wilkinson et at. [Phys.Rev.Lett.76, 4512 (1996)] obtained for cold sodium atoms in an accelerated optical lattice.
The statistics of the resonance widths and the behavior of the survival probability is studied in a particular model of quantum chaotic scattering (a particle in a periodic potential subject to static and time-periodic forces) introduced earlier in Ref. [5,6]. The coarse-grained distribution of the resonance widths is shown to be in good agreement with the prediction of Random Matrix Theory (RMT). The behavior of the survival probability shows, however, some deviation from RMT.
Besides the work in the field of manipulating rigid objects, currently, there are several research and development activities going on in the field of manipulating non-rigid or deformable objects. Several papers have been published on international conferences in this field from various projects and countries. But there has been no comprehensive work which provides both a representative overview of the state of the art and identifies the important aspects in this field. Thus, we collected these activities and invited the corresponding working groups to present an overview of their research. Altogether, nineteen authors coming from Japan, Germany, Italy, Greece, United Kingdom, and Australia contributed to this book. Their research work covers all the different aspects that occur when manipulating deformable objects. The contributions can be characterized and grouped by the following four aspects: * object modeling and simulation, * planning and control strategies, * collaborative systems, and * applications and industrial experiences. In the following, we give a short motivation and overview of the single chapters of the book. The simulation of deformable objects is one way to approach the problem of manipulating these objects by robots. Based on a physical model of the object and the occurring constraints, the resulting object shape is calculated. In Chapter 2, Hirai presents an energy-based approach, where the internal energy under the geometric constraints is minimized. Frugoli et al. introduce a force-based approach, where the forces between discrete particles are minimized meeting given constraints. Finally, Remde and Henrich extend the energy-based approach to plastic deformation and give a solution of the inverse simulation problem. Even if the object behavior is predicted by simulation, there is still the question of how to control the robot during a single manipulation operation. An additional question is how to retrieve an overall plan for the concatenated manipulation operations. In Chapter 3, Wada investigates the control problems when positioning multiple points of a planar deformable object. McCarrager proposes a control scheme exploiting the flexibility, rather than minimizing it. Abegg et al. use a simple contact state model to describe typical assembly tasks and to derive robust manipulation primitives. Finally, Ono presents an automatic sewing system and suggests a strategy for unfolding fabric. In several manipulation tasks, it is reasonable to apply more than one robot. Especially in cases, where the deformable object has to take a specific shape. Since the robots working at the same object are influencing each other, different control algorithms have to be introduced. In Chapter 4, Yoshida and Kosuge investigates this problem for the task of bending a sheet of metal and exploits the relation ship between the static object deformation and the bending moments. Tanner and Kyriakopoulos regard the deformable object as underactuated mechanical system and make use of the existence of non-holonomic constraints. Both approaches model the deformable object as finite elements. All of the above aspects have their counterpart in different applications and industrial experiences. In Chapter 5, Rizzi et al. present test cases and applications of their approach to simulate the manipulation of fabric, wires, cables, and soft bags. Buckingham and Graham give an overview of two European projects processing white fish including locating, gripping, and deheading the fish. Maruyama outlines the three development phases of a robot system for performing outage-free maintenance of live-line power supply in Japan. Finally, Kämper presents the development of a flexible automatic cabling unit for the wiring of long-tube lighting with plug components.
Diese Arbeit skizziert einen allgemeinen Ansatz zur Montage deformierbarer linearer Werkstücke (wie Kabel, Drähte, Schläuche, Blattfedern) mit Industrierobotern. Hierzu werden insbesondere die folgenden zwei Aspekte betrachtetet. Erstens die zuverlässige Ausführung der Montage unter Berücksichtigung der Werkstückdeformation und anderer Unsicherheiten, zweitens die numerische Simulation des Werkstückverhaltens. Zur robusten Ausführung der Montage wird das aus der Montage starrer Werkstücke bekannte Konzept der Manipulation-Skills auf deformierbare Werkstücke übertragen. Bei der numerischen Simulation wird insbesondere die Bestimmung der Greifertrajektorie bei gegebener Aufgabenstellung betrachtet.
We consider the problem of locating a line or a line segment in three- dimensional space, such that the sum of distances from the linear facility to a given set of points is minimized. An example is planning the drilling of a mine shaft, with access to ore deposits through horizontal tunnels connecting the deposits and the shaft. Various models of the problem are developed and analyzed, and effcient solution methods are given.
We examine the feasibility polyhedron of the uncapacitated hub location problem (UHL) with multiple allocation, which has applications in the fields of air passenger and cargo transportation, telecommunication and postal delivery services. In particular we determine the dimension and derive some classes of facets of this polyhedron. We develop some general rules about lifting facets from the uncapacitated facility location (UFL) for UHL and projecting facets from UHL to UFL. By applying these rules we get a new class of facets for UHL which dominates the inequalities in the original formulation. Thus we get a new formulation of UHL whose constraints are all facet defining. We show its superior computational performance by benchmarking it on a well known data set.
Lineare Algebra I & II
(2000)
Inhalte der Grundvorlesungen Lineare Algebra I und II im Winter- und Sommersemester 1999/2000: Gruppen, Ringe, Körper, Vektorräume, lineare Abbildungen, Determinanten, lineare Gleichungssysteme, Polynomring, Eigenwerte, Jordansche Normalform, endlich-dimensionale Hilberträume, Hauptachsentransformation, multilineare Algebra, Dualraum, Tensorprodukt, äußeres Produkt, Einführung in Singular.
Performance of some preconditioners for the p - and hp -version of the finite element method in 3D
(2000)
In multicriteria optimization problems the connectedness of the set of efficient solutions (pareto set) is of special interest since it would allow the determination of the efficient solutions without considering non-efficient solutions in the process. In the case of the multicriteria problem to minimize matchings the set of efficient solutions is not connected. The set of minimal solutions E pot with respect to the power ordered set contains the pareto set. In this work theorems about connectedness of E pot are given. These lead to an automated process to detect all efficient solutions.
Many polynomially solvable combinatorial optimization problems (COP) become NP when we require solutions to satisfy an additional cardinality constraint. This family of problems has been considered only recently. We study a newproblem of this family: the k-cardinality minimum cut problem. Given an undirected edge-weighted graph the k-cardinality minimum cut problem is to find a partition of the vertex set V in two sets V 1 , V 2 such that the number of the edges between V 1 and V 2 is exactly k and the sum of the weights of these edges is minimal. A variant of this problem is the k-cardinality minimum s-t cut problem where s and t are fixed vertices and we have the additional request that s belongs to V 1 and t belongs to V 2 . We also consider other variants where the number of edges of the cut is constrained to be either less or greater than k. For all these problems we show complexity results in the most significant graph classes.
In the Black-Scholes type financial market, the risky asset S 1 ( ) is supposed to satisfy dS 1 ( t ) = S 1 ( t )( b ( t ) dt + Sigma ( t ) dW ( t ) where W ( ) is a Brownian motion. The processes b ( ), Sigma ( ) are progressively measurable with respect to the filtration generated by W ( ). They are known as the mean rate of return and the volatility respectively. A portfolio is described by a progressively measurable processes Pi1 ( ), where Pi1 ( t ) gives the amount invested in the risky asset at the time t. Typically, the optimal portfolio Pi1 ( ) (that, which maximizes the expected utility), depends at the time t, among other quantities, on b ( t ) meaning that the mean rate of return shall be known in order to follow the optimal trading strategy. However, in a real-world market, no direct observation of this quantity is possible since the available information comes from the behavior of the stock prices which gives a noisy observation of b ( ). In the present work, we consider the optimal portfolio selection which uses only the observation of stock prices.
We consider investment problems where an investor can invest in a savings account, stocks and bonds and tries to maximize her utility from terminal wealth. In contrast to the classical Merton problem we assume a stochastic interest rate. To solve the corresponding control problems it is necessary to prove averi cation theorem without the usual Lipschitz assumptions.
Chaotic Billiards
(2000)
The frictionless motion of a particle on a plane billiard table The frictionless motion of a particle on a plane billiard table bounded by a closed curve provides a very simple example of a conservative classical system with non-trivial, chaotic dynamics. The limiting cases of strictly regular ("integrable") and strictly irregular ("ergodic") systems can be illustrated, as well as the typical case which shows an intricate mixture of regular and irregular behavior. Irregular orbits are characterized by an extremely sensitivity with respect to the initial conditions. Such billiard systems are exemplarily suited for educational purposes as models for simple systems with complicated dynamics as well as for far-reaching fundamental investigations.
Abstract: We analyse 4-dimensional massive "phi" ^ 4 theory at finite temperature T in the imaginary-time formalism. We present a rigorous proof that this quantum field theory is renormalizable, to all orders of the loop expansion. Our main point is to show that the counterterms can be chosen temperature independent, so that the temperature flow of the relevant parameters as a function of T can be followed. Our result confirms the experience from explicit calculations to the leading orders. The proof is based on flow equations, i.e. on the (perturbative) Wilson renormalization group. In fact we will show that the difference between the theories at T > 0 and at T = 0 contains no relevant terms. Contrary to BPHZ type formalisms our approach permits to lay hand on renormalization conditions and counterterms at the same time, since both appear as boundary terms of the renormalization group flow. This is crucial for the proof.
In der vorliegenden Arbeit zeigen wir, wie man Masse für die Leptonen, insbesondere die Neutrinos erzeugen kann. Dazu erweitern wir das Standard Modell der Elementarteilchenphysik um eine weitere abelsche Eichgruppe. Diese Erweiterung erlaubt uns die Einführung eines Higgs Bosons zur Generierung der Masse zu vermeiden.Wir zeigen, daß aus der Forderung der Anomalifreiheit der Theorie keine Einschränkungen für die Hyperladungen der zusätzlichen abelschen Eichgruppe folgen.Die Masse der Leptonen werden wir durch die sogenannte dynamische Massengenerierung erzeugen. Dabei zeigen wir, daß obwohl kein Massenterm für die Leptonen in der Lagrangedichte existiert, man doch eine Masse finden kann. Zur Untersuchung, ob dynamische Massengenerierung auftritt, verwenden wir die Dyson-Schwinger Gleichung für die Leptonen. Dabei erhält man ein System gekoppelter Integralgleichungen, das wir mit Hilfe von verschiedenen Näherungen zu lösen versuchen. Als Anhaltspunkt, ob unsere Näherungen sinnvoll sind, fordern wir, daß die Ward-Takahashi Identitäten erfüllt werden. Alle Lösungen die wir finden sind auch mit der Annahme verschwindender Leptonenmasse verträglich. In der "massenlosen quenched rainbow" Näherung, in der wir den Vertex durch den nackten Vertex ersetzt und in dem Bosonenpropagator die Anzahl der Leptonenflavor gleich Null gesetzt haben, gelingt es zu zeigen, daß die Wellenfunktionsrenormierung in der Landau-Eichung verschwindet. In zwei Näherungen für die gefundene Integralgleichung gelingt es uns zu zeigen, daß eine Masse für die Leptonen auftritt. Die erste Näherung benutzt die Ward-Takahashi Identität und löst das Integral direkt. Bei der zweiten Lösunsmethode führen wir die Integralgleichung in eine Differentialgleichung über, die wir mit der Methode der Bifurkationsanalyse analysieren. Wir finden eine kritische Kopplung, so daß nur für Kopplungen die größer sind als die kritische Kopplung man eine dynamische Massengenerierung findet.In der "massive quenched rainbow" Näherung, in der wir den Vertex durch den nackten Vertex ersetzt und in dem massiven Bosonenpropagator die Anzahl der Neutrinoflavor gleich Null gesetzt haben, zeigen wir die Probleme auf, die eine Erweiterung auf dieses Modell aufwirft. Insbesondere das Problem, daß die Wellenfunktionsrenormierung in keiner Eichung verschwindet wird diskutiert. Eine in der Literatur übliche Verallgemeinerung dieser Näherung, die "Landau ähnliche" Eichung, wird auch diskutiert. Danach deuten wir an, wie man unsere Ergebnisse aus der "quenched rainbow" Näherung verwenden kann und eine Massenhierarchie für die Neutrinos aus den Massenverhältnissen der geladenen Leptonen berechnen kann.
Dynamics of Excited Electrons in Copper and Ferromagnetic Transition Metals: Theory and Experiment
(2000)
Both theoretical and experimental results for the dynamics of photoexcited electrons at surfaces of Cu and the ferromagnetic transition metals Fe, Co, and Ni are presented. A model for the dynamics of excited electrons is developed, which is based on the Boltzmann equation and includes effects of photoexcitation, electron-electron scattering, secondary electrons (cascade and Auger electrons), and transport of excited carriers out of the detection region. From this we determine the time-resolved two-photon photoemission (TR-2PPE). Thus a direct comparison of calculated relaxation times with experimental results by means of TR-2PPE becomes possible. The comparison indicates that the magnitudes of the spin-averaged relaxation time t and of the ratio t_up/t_down of majority and minority relaxation times for the different ferromagnetic transition metals result not only from density-of-states effects, but also from different Coulomb matrix elements M. Taking M_Fe > M_Cu > M_Ni = M_Co we get reasonable agreement with experiments.
Corporate environmental reporting makes good business and environmental sense. A big challenge for companies is to utilize the technical benefit of state of the art IT, especially of Internet-technologies and Internet-services. In this paper an approach of internet-based environmental reports by companies is presented. Three different levels are discussed: The first level deals with the basics of corporate environmental reports (CER) by companies. Illustrating the order within the emerging field of CERs a morphological box is suggested (section 1). Building on this, general requirements for corporate environmental reports are outlined (section 2). On the second level, the general reporting requirements are specified by IT-relevant challenges, seen as starting points for internet-based environmental reports (section 3). The immense technical benefit of using the Internet towards efficient, integrated, interactive, hypermedia-featured, dialog-oriented, and customised environmental reporting is analysed (section 4). On the basis of the technical benefit analysis, the state of the art of internet-based CERs is presented (section 5). The third level refers to the IT-application turning from the basics, IT-challenges and technical benefit to consequences for environmental reporting companies in practice. Thereby a fundamental framework for internet-based CERs is sketched (section 6). Grounded on this framework a basic architecture of an IT-implementation is explained (section 7).
Von den Umweltberichten deutscher Unternehmen werden bisher erst unter 3% im Internet veröffentlicht. Die Tendenz ist steigend. Hier werden die im Internet verfügbaren Umweltberichte ausgewertet und Gründe für die Nutzung des Internet für die Umweltberichterstattung vorgetragen. Der Beitrag ist in fünf Abschnitte gegliedert: Zur thematischen Einführung werden betriebliche Umweltberichte durch eine Morphologie charakterisiert (Abschnitt 2). Es schließen sich die IKT-spezifischen Herausforderungen an umweltberichterstattende Unternehmen als Ansatzpunkte für Umweltberichte im Internet an (Abschnitt 3). Damit ist die Basis für eine Systematisierung der internetbasierten Unterstützungspotenziale zur Umweltberichterstattung gelegt (Abschnitt 4). Der Systematik folgt eine detaillierte Bestandsaufnahme der Umweltberichte deutscher Unternehmen im Internet in fünffacher Hinsicht (Abschnitt 5): Die zugrunde gelegte Untersuchungsmethodik zur Bestandsaufnahme wird erläutert (Abschnitt 5.1). Die ergänzend herangezogenen empirischen Studien zu Umweltberichten im Internet werden ausgewertet (Abschnitt 5.2). Die Ergebnisse bzgl. Inhalt und Darstellung von Umweltberichten im Internet werden ausführlicher beschrieben (Abschnitt 5.3) und durch Erklärungsansätze interpretiert (Abschnitt 5.4). Abschließend werden auf der Grundlage der konzeptionell erschließbaren Unterstützungspotenziale einerseits und der empirischen Studien andererseits zentrale Tendenzen zur zukünftigen Entwicklung von Umweltberichten im Internet vorgetragen (Abschnitt 5.5).
Die Umweltberichterstattung spielt sowohl für den ökonomischen Erfolg von Unternehmen als auch für eine ökologisch nachhaltige Entwicklung eine zunehmend wichtige Rolle. Dafür sprechen drei Gründe: Erstens können Unternehmen kön-nen durch eine freiwillige und informative Umweltberichterstattung ökologische Schwachstellen aufdecken, Umweltbelastungen reduzieren und Wettbewerbsvorteile im Markt erzielen. Zweitens nehmen gesetzliche und moralische Verpflichtungen zur Umweltberichterstattung zu. Drittens sind die technischen Möglichkeiten zur Umweltberichterstattung durch den Einsatz des Internet enorm gestiegen. Alle drei Tendenzen sind gute Gründe für den Einsatz des Internet zur Umweltberichterstattung. Allerdings sind bei den Umweltberichten von kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) insgesamt bisher erst weniger als 3% im Internet veröffentlicht, die Tendenz ist jedoch steigend. Bislang nutzen überwiegend internationale und weltweit tätige Großunternehmen das Internet zur Umweltberichterstattung. KMU präsentieren bislang nur selten Umweltberichte im Internet. Hier werden die im Internet verfügbaren Umweltberichte von KMU ausgewertet, generelle Gründe für die Nutzung des Internet für die Umweltberichterstattung vorgetragen und die Möglichkeiten von KMU für eine internetbasierte Umweltbe-richterstattung am Beispiel von Umweltberichten dargestellt. Die Studie ist in sechs Kapitel gegliedert: Zur thematischen Einführung werden Umweltberichte als Kern der Umweltkommunikation von Unternehmen behandelt (Kapitel 2). Es schließen sich die informations- und kommunikationstechnischen (IKT) Herausforderungen an umweltberichterstattende Unternehmen an. Sie werden als Ansatzpunkte für Umweltberichte im Internet und zur Ausschöpfung der technischen Unterstützungspotentiale des Internet betrachtet (Kapitel 3). Damit ist die Basis für eine Übersicht über die verschiedenen technischen Unterstützungspotentiale beim Einsatz von Internettechnologien und -diensten für die Umweltbe-richterstattung gelegt (Kapitel 4). Der Übersicht folgt eine detaillierte Bestandsauf-nahme von Umweltberichten im Internet von KMU in Deutschland (Kapitel 5). Auf der Grundlage der empirischen Bestandsaufnahme werden dann die Möglichkeiten einer internetbasierten Umweltberichterstattung für KMU abgeleitet (Kapitel 6).
Starting with general hyperbolic systems of conservation laws, a special sub - class is extracted in which classical solutions can be expressed in terms of a linear transport equation. A characterizing property of this sub - class which contains, for example, all linear systems and non - linear scalar equations, is the existence of so called exponentially exact entropies.
Based on general partitions of unity and standard numerical flux functions, a class of mesh-free methods for conservation laws is derived. A Lax-Wendroff type consistency analysis is carried out for the general case of moving partition functions. The analysis leads to a set of conditions which are checked for the finite volume particle method FVPM. As a by-product, classical finite volume schemes are recovered in the approach for special choices of the partition of unity.
The paper concerns the equilibrium state of ultra small semiconductor devices. Due to the quantum drift diffusion model, electrons and holes behave as a mixture of charged quantum fluids. Typically the involved scaled Plancks constants of holes, \(\xi\), is significantly smaller than the scaled Plancks constant of electrons. By setting formally \(\xi=0\) a well-posed differential-algebraic system arises. Existence and uniqueness of an equilibrium solution is proved. A rigorous asymptotic analysis shows that this equilibrium solution is the limit (in a rather strong sense) of quantum systems as \(\xi \to 0\). In particular the ground state energies of the quantum systems converge to the ground state energy of the differential-algebraic system as \(\xi \to 0\).
An asymptotic preserving numerical scheme (with respect to diffusion scalings) for a linear transport equation is investigated. The scheme is adopted from a class of recently developped schemes. Stability is proven uniformly in the mean free path under a CFL type condition turning into a parabolic CFL condition in the diffusion limit.
The aim of this article is to show that moment approximations of kinetic equations based on a Maximum Entropy approach can suffer from severe drawbacks if the kinetic velocity space is unbounded. As example, we study the Fokker Planck equation where explicit expressions for the moments of solutions to Riemann problems can be derived. The quality of the closure relation obtained from the Maximum Entropy approach as well as the Hermite/Grad approach is studied in the case of five moments. It turns out that the Maximum Entropy closure is even singular in equilibrium states while the Hermite/Grad closure behaves reasonably. In particular, the admissible moments may lead to arbitrary large speeds of propagation, even for initial data arbitrary close to global eqilibrium.
The satellite-to-satellite tracking (SST) problems are characterized from mathematical point of view. Uniqueness results are formulated. Moreover, the basic relations are developed between (scalar) approximation of the earth's gravitational potential by "scalar basis systems" and (vectorial) approximation of the gravitational eld by "vectorial basis systems". Finally, the mathematical justication is given for approximating the external geopotential field by finite linear combinations of certain gradient fields (for example, gradient fields of multi-poles) consistent to a given set of SST data.
Being interested in (rotation-)invariant pseudodi erential equations of satellite problems corresponding to spherical orbits, we are reasonably led to generating kernels that depend only on the spherical distance, i. e. in the language of modern constructive approximation form spherical radial basis functions. In this paper approximate identities generated by such (rotation-invariant) kernels which are additionally locally supported are investigated in detail from theoretical as well as numerical point of view. So-called spherical di erence wavelets are introduced. The wavelet transforms are evaluated by the use of a numerical integration rule, that is based on Weyl's law of equidistribution. This approximate formula is constructed such that it can cope with millions of (satellite) data. The approximation error is estimated on the orbital sphere. Finally, we apply the developed theory to the problems of satellite-to-satellite tracking (SST) and satellite gravity gradiometry (SGG).
Linearized flows past slender bodies can be asymptotically described by a linear Fredholm integral equation. A collocation method to solve this equation is presented. In cases where the spectral representation of the integral operator is explicitly known, the collocation method recovers the spectrum of the continuous operator. The approximation error is estimated for two discretizations of the integral operator and the convergence is proved. The collocation scheme is validated in several test cases and extended to situations where the spectrum is not explicit.
An extremely simple and convenient method is presented for computing eigenvalues in quantum mechanics by representing position and momentum operators in a simple matrix form. The simplicity and success of the method is illustrated by numerical results concerning eigenvalues of bound systems and resonances for hermitian and non-hermitian Hamiltonians as well as driven quantum systems.
A simple method of calculating the Wannier-Stark resonances in 2D lattices is suggested. Using this method we calculate the complex Wannier-Stark spectrum for a non-separable 2D potential realized in optical lattices and analyze its general structure. The dependence of the lifetime of Wannier-Stark states on the direction of the static field (relative to the crystallographic axis of the lattice) is briefly discussed.
Abstract: The calculation of absorption cross sections for minimal scalars in supergravity backgrounds is an important aspect of the investigation of AdS/CFT correspondence and requires a matching of appropriate wave functions. The low energy case has attracted particular attention. In the following the dependence of the cross section on the matching point is investigated. It is shown that the low energy limit is independent of the matching point and hence exhibits universality. In the high energy limit the independence is not maintained, but the result is believed to possess the correct energy dependence.
Abstract: The transition from the instanton-dominated quantum regime to the sphaleron-dominated classical regime is studied in the d = 2 abelian-Higgs model when the spatial coordinate is compactified to S1. Contrary to the noncompactified case, this model allows both sharp first-order and smooth second-order transitions depending on the size of the circle. This finding may make the model a useful toy model for the analysis of baryon number violating processes.
Abstract: Standard methods of nonlinear dynamics are used to investigate the stability of particles, branes and D-branes of abelian Born-Infeld theory. In particular the equation of small fluctuations about the D-brane is derived and converted into a modified Mathieu equation and - complementing earlier low-energy investigations in the case of the dilaton-axion system - studied in the high-energy domain. Explicit expressions are derived for the S-matrix and absorption and reflection amplitudes of the scalar fluctuation in the presence of the D-brane. The results confirm physical expectations and numerical studies of others. With the derivation and use of the (hitherto practically unknown) high energy expansion of the Floquet exponent our considerations also close a gap in earlier treatments of the Mathieu equation.
Abstact. The tunnel splitting in biaxial antiferromagnetic particles is studied with a magnetic field applied along the hard anisotropy axis. We observe the oscillation of tunnel splitting as a function of the magnetic field due to the quantum phase interference of two tunneling paths of opposite windings. The oscillation is similar to the recent experimental result with Fe8 molecular clusters.
Abstract: The point-particle-like Hamiltonian of a biaxial spin particle with external magnetic field along the hard axis is obtained in terms of the potential field description of spin systems with exact spin-coordinate correspondence. The Zeeman energy term turns out to be an effective gauge potential which leads to a nonintegrable phase of the Euclidean Feynman propagator. The phase interference between clockwise and anticlockwise under barrier propagations is recognized explicitly as the Aharonov-Bohm effect. An additional phase which is significant for quantum phase interference is discovered with the quantum theory of spin systems besides the known phase obtained with the semiclassical treatment of spin. We also show the energy dependence of the effect and obtain the tunneling splitting at excited states with the help of periodic instantons.
Abstract: Following our earlier investigations we examine the quantum-classical winding number transition in the Abelian-Higgs system. It is demonstrated that the winding number transition in this system is of the smooth second order type in the full range of parameter space. Comparison of the action of classical vortices with that of the sphaleron supports our finding.
We consider the determination of optimal portfolios under the threat of a crash. Our main assumption is that upper bounds for both the crash size and the number of crashes occurring before the time horizon are given. We make no probabilistic assumption on the crash size or the crash time distribution. The optimal strategies in the presence of a crash possibility are characterized by a balance problem between insurance against the crash and good performance in the crash-free situation. Explicit solutions for the log-utility case are given. Our main finding is that constant portfolios are no longer optimal ones.
We consider some continuous-time Markowitz type portfolio problems that consist of maximizing expected terminal wealth under the constraint of an upper bound for the Capital-at-Risk. In a Black-Scholes setting we obtain closed form explicit solutions and compare their form and implications to those of the classical continuous-time mean-variance problem. We also consider more general price processes which allow for larger uctuations in the returns.
In this paper we deal with single facility location problems in a general normed space where the existing facilities are represented by sets. The criterion to be satis ed by the service facility is the minimization of an increasing function of the distances from the service to the closest point ofeach demand set. We obtain a geometrical characterization of the set of optimal solutions for this problem. Two remarkable cases - the classical Weber problem and the minmax problem with demand sets - are studied as particular instances of our problem. Finally, for the planar polyhedral case we give an algorithmic description of the solution set of the considered problems.
The balance space approach (introduced by Galperin in 1990) provides a new view on multicriteria optimization. Looking at deviations from global optimality of the different objectives, balance points and balance numbers are defined when either different or equal deviations for each objective are allowed. Apportioned balance numbers allow the specification of proportions among the deviations. Through this concept the decision maker can be involved in the decision process. In this paper we prove that the apportioned balance number can be formulated by a min-max operator. Furthermore we prove some relations between apportioned balance numbers and the balance set, and see the representation of balance numbers in the balance set. The main results are necessary and sufficient conditions for the balance set to be exhaustive, which means that by multiplying a vector of weights (proportions of deviation) with its corresponding apportioned balance number a balance point is attained. The results are used to formulate an interactive procedure for multicriteria optimization. All results are illustrated by examples.
In this paper we investigate the problem offending the Nadir point for multicriteria optimization problems (MOP). The Nadir point is characterized by the component wise maximal values of efficient points for (MOP). It can be easily computed in the bicriteria case. However, in general this problem is very difficult. We review some existing methods and heuristics and propose some new ones. We propose a general method to compute Nadir values for the case of three objectives, based on theoretical results valid for any number of criteria. We also investigate the use of the Nadir point for compromise programming, when the goal is to be as far away as possible from the worst outcomes. We prove some results about (weak) Pareto optimality of the resulting solutions. The results are illustrated by examples.
In this paper we address the question of how many objective functions are needed to decide whether a given point is a Pareto optimal solution for a multicriteria optimization problem. We extend earlier results showing that the set of weakly Pareto optimal points is the union of Pareto optimal sets of subproblems and show their limitations. We prove that for strictly quasi-convex problems in two variables Pareto optimality can be decided by consideration of at most three objectives at a time. Our results are based on a geometric characterization of Pareto, strict Pareto and weak Pareto solutions and Helly's Theorem. We also show that a generalization to quasi-convex objectives is not possible, and state a weaker result for this case. Furthermore, we show that a generalization to strictly Pareto optimal solutions is impossible, even in the convex case.
This paper provides an annotated bibliography of multiple objective combinatorial optimization, MOCO. We present a general formulation of MOCO problems, describe the main characteristics of MOCO problems, and review the main properties and theoretical results for these problems. One section is devoted to a brief description of the available solution methodology, both exact and heuristic. The main part of the paper is devoted to an annotation of the existing literature in the field organized problem by problem. We conclude the paper by stating open questions and areas of future research. The list of references comprises more than 350 entries.
A pure Yang-Mills theory extended by addition of a quartic term is considered in order to study the transition from the quantum tunneling regime to that of classical, i.e. thermal, behaviour. The periodic field confiurations are found, which interpolate between the vacuum and sphaleron field configurations. It is shown by explicit calculation that only smooth second order transitions occur for all permissible values of the parameter A introduced with the quartic term. The theory is one of the rare cases which canbe handled analytically.
Abstract: The transition from the quantum to the classical regime of the nucleation of the closed Robertson-Walker Universe with spacially homogeneous matter fields is investigated with a perturbation expansion around the sphaleron configuration. A criterion is derived for the occurrence of a first-order type transition, and the related phase diagram for scalar and vector fields is obtained. For scalar fields both the first and second order transitions can occur depending on the shape of the potential barrier. For a vector field, here that of an O (3) nonlinear o-model, the transition is seen to be only of the first order. PACS numbers: 11.15.Kc, 03.65Sq, 05.70.Fh, 98.80.Cq
Abstract: The self-duality of chiral p-forms was originally investigated by Pasti, Sorokin and Tonin in a manifestly Lorentz covariant action with non-polynomial auxiliary fields. The investigation was then extended to other chiral p-form actions. In this paper we point out that the self-duality appears in a wider context of theoretical models that relate to chiral p-forms. We demonstrate this by considering the interacting model of Floreanini- Jackiw chiral bosons and gauge fields, the generalized chiral Schwinger model (GCSM) and the latter's gauge invariant formulation, and discover that the self-duality of the GCSM corresponds to the vector and axial vector current duality.
Abstract: It has recently been shown that the equation of motion of a massless scalar field in the background of some specific p branes can be reduced to a modified Mathieu equation. In the following the absorption rate of the scalar by a D3 brane in ten dimensions is calculated in terms of modified Mathieu functions of the first kind, using standard Mathieu coefficients. The relation of the latter to Dougall coefficients (used by others) is investigated. The S-matrix obtained in terms of modified Mathieu functions of the first kind is easily evaluated if known rapidly convergent low energy expansions of these in terms of products of Bessel functions are used. Leading order terms, including the interesting logarithmic contributions, can be obtained analytically.
Abstract: The duality symmetries of various chiral boson actions are investigated using D = 2 and D = 6 space-time dimensions as examples. These actions involve the Siegel, Floreanini-Jackiw, Srivastava and Pasti-Sorokin-Tonin formulations. We discover that the Siegel, Floreanini-Jackiw and Pasti-Sorokin-Tonin actions have self-duality with respect to a common anti-dualization of chiral boson fields in D = 2 and D = 6 dimensions, respectively, while the Srivastava action is self-dual with respect to a generalized dualization of chiral boson fields. Moreover, the action of the Floreanini-Jackiw chiral bosons interacting with gauge fields in D = 2 dimensions also has self-duality but with respect to a generalized anti-dualization of chiral boson fields.
Abstract: A Born-Infeld theory describing a D2-brane coupled to a 4-form RR field strength is considered, and the general solutions of the static and Euclidean time equations are derived and discussed. The period of the bounce solutions is shown to allow a consideration of tunneling and quantum-classical transitions in the sphaleron region. The order of such transitions, depending on the strength of the RR field strength, is determined. A criterion is then derived to confirm these findings.
Abstract: The functional relation between interquark potential and interquark distance is explicitly derived by considering the Nambu-Goto action in the AdS5 X S 5 background. It is also shown that a similar relation holds in a general background. The implications of this relation for confinement are briefly discussed.
Abstract: Winding number transitions from quantum to classical behavior are studied in the case of the 1+1 dimensional Mottola-Wipf model with the space coordinate on a circle for exploring the possibility of obtaining transitions of second order. The model is also studied as a prototype theory which demonstrates the procedure of such investigations. In the model at hand we find that even on a circle the transitions remain those of first order.
Abstract: We develop a method of singularity analysis for conformal graphs which, in particular, is applicable to the holographic image of AdS supergravity theory. It can be used to determine the critical exponents for any such graph in a given channel. These exponents determine the towers of conformal blocks that are exchanged in this channel. We analyze the scalar AdS box graph and show that it has the same critical exponents as the corresponding CFT box graph. Thus pairs of external fields couple to the same exchanged conformal blocks in both theories. This is looked upon as a general structural argument supporting the Maldacena hypothesis.
Abstract: Let H_1 , H_2 be complex Hilbert spaces, H be their Hilbert tensor product and let tr_2 be the operator of taking the partial trace of trace class operators in H with respect to the space H_2 . The operation tr_2 maps states in H (i.e. positive trace class operators in H with trace equal to one) into states in H_1 . In this paper we give the full description of mappings that are linear right inverse to tr_2 . More precisely, we prove that any affine mapping F(W) of the convex set of states in H_1 into the states in H that is right inverse to tr_2 is given by W -> W x D for some state D in H_2 . In addition we investigate a representation of the quantum mechanical state space by probability measures on the set of pure states and a representation - used in the theory of stochastic Schrödinger equations - by probability measures on the Hilbert space. We prove that there are no affine mappings from the state space of quantum mechanics into these spaces of probability measures.
Untersuchungen zur Synthese von c-BN-Schichten mit ECWR-PACVD und Boran-Ammonia als Eduktmaterial
(2000)
Boron nitride films were deposited by controlled plasma assisted chemical vapor deposition (PACVD) on the basis of borane-ammonia (BH3NH3) as B- and N- supplier. Having a high vapor pressure, this white crystalline solid of less toxicity in comparision to generally used boron precursors can easily be transferred into the gas phase by moderate heating. Together with argon as working gas the BH3NH3-vapor is led into a two-circuit plasma source utilizing the electron cyclotron wave resonance technique (ECWR) for ionization and dissoziation of the gas mixture by electron impact in the low pressure range (~10 microbar). For a precise adjustment of the energy of the ionic plasma species arriving at the growing film, an r.f.-diode circuit is superimposed to the discharge. Since for a controlled film deposition by PACVD a stationary plasma composition is mandatory, the evaporation characteristics of the reactant source was determined primarily. Therefore the evolution of the plasma and the vapor composition in dependence of evaporation time and temperature was investigated by optical emission spectroscopy (OES) and by mass spectrometric measurements respectively. By these investigations it was shown that stationary plasma conditions are established in a temperature range of 120 - 160°C. This behavior can be explained by a change in the chemical composition of the reactant during the evaporation process. In the following thin boron nitride films were deposited onto Si(100)-substrates for fixed partial pressures of BH3NH3 (2,9 mbar) and argon (9,3 microbar, FAr=5 sccm). For all experiments the plasma power as well as the substrate temperature was kept at 200 W (B0=34 G) and 380°C, respectively. By a defined tuning of the r.f.-amplitude in the diode circuit it was demonstrated that the energy of the ionic species arriving at the growing film is an essential process parameter for c-BN growth. For these experiments c-BN growth took place in a small energy window with a width of about 25 eV. The maximum c-BN content was achieved at 107 eV. The fraction of h-BN and c-BN phases were determined by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). At a film thickness of 61 nm the volume fraction of c-BN, derived from the IR-absorption peak areas of h-BN at 1385 cm -1 and c-BN at 1081 cm -1 , already achieved 68 vol%. This is due to an early starting point of c-BN growth, which was confirmed by cross sectional high resolution transmission electron microscopy measurements (HRTEM). Furthermore these investigations confirmed the growth of a thin amorphous BN-layer followed by a (0002)-textured h-BN-film primarily to the c-BN-nucleation step as commonly observed in literature. After the c-BN-nucleation step has finished the growth of a nearly pure c-BN-phase is achieved. This was emphasized by auger electron spectroscopy. By means of secondary ion mass spectrometry in the MCs + -mode (MCs + -SIMS) it was shown that the c-BN-films contain a certain amount of hydrogen, which can be estimated to be around 10 - 15 at%. Since in FTIR no perceptible amount on B-H- or N-H-bindings in the c-BN- films could be detected, it must be concluded that the hydrogen is located as H2-molecules in the c-BN-network. Finally the elastic properties of a c-BN-film were estimated by calculations, based on Brillouin light scattering (BLS) results.
Bildung schwachgebundener atomarer negativer Ionen in Stößen mit zustandsselektierten Rydberg-Atomen
(2000)
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein besseres Verständnis der Bildung atomarer negativer Ionen in Stößen mit zustandsselektierten Rydbergatomen zu schaffen. In einem Kreuzstrahlexperiment wurde mittels Massenspektrometrie die Bildung schwachgebundener atomarer negativer Ionen in thermischen Stößen (mittlere kinetische Energie 90*230 meV) von zustandsselektierten Ne(ns,J=2) und Ne(nd,J=4) Rydberg-Atomen mit Grundzustandsatomen untersucht. Der n-abhängige Ratenkoeffizient für die Prozesse Ne(nl) + CaNe + CaNe (nl) + SrNe + Sr wurde bei zwei verschiedenen mittleren Stoßenergien bestimmt. Die experimentellen Resultate wurden mit Modellrechnungen, basierend auf einem Kurvenkreuzungsmodell und einer modifizierten adiabatischen Theorie, verglichen. Im Experiment kreuzt ein kollimierter Strahl metastabiler Edelgasatome Ne, die in einer Gleichstromentladung erzeugt werden, einen kollimierten Strahl von Erdalkali-Atomen, der in einem Ofen unter effusiven Bedingungen produziert wird. Im Kreuzungsgebiet werden Ne(ns,J=2) oder Ne(nd,J=4) Rydberg-Zustände bevölkert; dies erfolgt in einer zweistufigen Laseranregung der Ne Atome über den Zwischenzustand Ne. Die beim Elektronentransfer entstandenen positiven und negativen Ionen wurden mit einem Quadrupol-Massenspektrometer an einem Channel-Plate-Detektor nachgewiesen. Zur Kalibrierung der Spektren wurde SF-Gas diffus in den Reaktionsraum eingelassen. Die bekannten n-abhängigen Ratenkoeffizienten für die Bildung von SF in Stößen mit Ne(nl) Rydberg-Atomen ermöglichte die Bestimmung des relativen Ratenkoeffizienten für die Bildung von Ca und Sr. Der n-abhängige Ratenkoeffizient für die Bildung von Ca oder Sr zeigt ein resonanzartiges Verhalten als Funktion der Bindungsenergie des Rydbergelektrons. Die Position des Maximums hängt dabei von der Elektronenaffinität und der mittleren kinetischen Energie ab. Die beobachteten Maxima liegen bei effektiven Hauptquantenzahlen im Bereich n = 9*11.5. Das Maximum für den Elektronentransfer aus Ne(ns) und Ne(nd) Zuständen tritt bei dem gleichen Wert von n auf; dabei ist der Ratenkoeffizient im Maximum für Ne(ns) Zustände etwa 20-60% höher als für Ne(nd)-Zustände. Zum Verständnis der experimentellen Daten wurden Modellrechnungen durchgeführt, wobei der Wirkungsquerschnitt für die Bildung negativer Ionen in Abhängigkeit von n i) anhand eines parameterfreien Kurvenkreuzungsmodells in Zusammenarbeit mit C. Desfrancóis und ii) basierend auf einer modifizierten adiabatischen Theorie von I. I. Fabrikant bestimmt wurde. Das parameterfreie Kurvenkreuzungsmodell wurde bereits erfolgreich zur Beschreibung der Bildung dipolgebundener Moleküle in Stößen mit zustandsselektierten Rydbergatomen eingesetzt. Im Kurvenkreuzungsmodell i) werden die beiden ionischen Zustände und eine hohe Anzahl kovalenter Potentialkurven in einem gekoppelten System (ohne Berücksichtigung von Interferenz- Effekten) betrachtet, wobei für die Wahrscheinlichkeit, von einer kovalenten zu einer ionischen Potentialkurve zu wechseln, die Landau-Zener- Übergangswahrscheinlichkeit eingesetzt wird. In Modell ii) wird nur jeweils eine ionische und kovalente Potentialkurve des Systems betrachtet. Nach der Bildung der Ionen wird der Zerfall des negativen Ions im Coulombfeld des positiven Ions berücksichtigt; dieser Zerfall entspricht dem Effekt der Mehrfachkurvenkreuzungen im Kurvenkreuzungsmodell. Zur Berücksichtigung der Feinstruktur wird in Modell ii) der Wirkungsquerschnitt entsprechend dem statistischen Mittel der negativen Ionen ermittelt. Die Ratenkoeffizienten wurden durch Mittelung über die Verteilung der Relativenergie bestimmt. Beide Modelle geben den experimentell bestimmten Verlauf des Ratenkoeffizienten für die Bildung von Ca- und Sr-Ionen gut wieder. Es hat sich gezeigt, daß unter den realisierbaren experimentellen Bedingungen die kinetische Energie einen entscheidenden Einfluß auf die Bildung der negativen Ionen hat, da das entstandene Ionenpaar genügend kinetische Energie zur Verfügung haben muß, um die Coulombanziehung zu überwinden. Die Untersuchung der Bildung von Yb*Ionen (erwartete Bindungsenergie 3 meV) in Stößen mit zustandsselektierten Ar(nd)-Rydbergatome zeigte im Bereich 21 n 3 keinen Hinweis auf die Existenz eines langlebigen Yb-Ions. In Kombination mit Abschätzungen zum Felddetachment negativer Ionen im elektrischen Feld des Quadrupolmassenspektrometers ergibt sich aus diesen Befunden die Aussage, daß die Bindungsenergie von Yb-Ionen * falls sie überhaupt existieren * geringer als 2 meV sein muß. Die Resultate dieser Arbeit konnten die scharfe Resonanz für Ca-Bildung bei n = 23.9, die von McLaughlin und Duquette beobachtet wurde, nicht reproduzieren. Die nach dem Resonanzmodell von I. I. Fabrikant vorhergesagte Bildung negativer Ca*Ionen bei EA(Ca) E!,(Ne(nl)) wurde nicht bestätigt. Das beobachtete resonanzartige Verhalten des Ratenkoeffizienten für die Bildung von Ca und Sr in Stößen mit zustandsselektierten Rydberg-Atomen ist ähnlich mit den Ergebnissen für die Bildung dipolgebundener molekularer Anionen. Dieses Verhalten kann durch ein Kurvenkreuzungsmodell oder eine modifizierte adiabatische Theorie beschrieben werden. Quantitativ ergibt sich aus KKM-Rechnungen folgende Relation zwischen der Bindungsenergie EA im Bereich 2-100 meV und der Position des Maximums n des Ratenkoeffizienten für die Bildung schwachgebundener atomarer negativer Ionen: n = (225738 meV/ EA) bzw. EA = 225738 meV/(n).
FeNi/FeMn exchange bias samples with a large exchange bias field at room temperature have been prepared on a Cu buffer layer. Upon irradiation with He ions, both the exchange bias field and the coercive field are modified. For low ion doses the exchange bias field is enhanced by nearly a factor of 2. Above a threshold dose of 0.3olsi 10 15 ions/cm 2 , the exchange bias field decreases continuously as the ion dose increases. The ob-served modifications are explained in terms of defect creation acting as pinning sites for domain walls and atomic intermixing.
For the next generation of high data rate magnetic recording above 1 Gbit/s, a better understanding of the switching processes for both recording heads and media will be required. In order to maximize the switch-ing speed for such devices, the magnetization precession after the magnetic field pulse termination needs to be suppressed to a maximum degree. It is demonstrated experimentally for ferrite films that the appropriate adjustment of the field pulse parameters and/or the static applied field may lead to a full suppression of the magnetization precession immediately upon termination of the field pulse. The suppression is explained by taking into account the actual direction of the magnetization with respect to the static field direction at the pulse termination.
Entwurf, Realisierung und Test eines objektorientierten CAD-Datenmodells für die Tragwerksplanung
(2000)
In der vorliegenden Arbeit wurde ein vereinfachtes Rechenmodell zur Berechnung von Verbundträgern, mit der Berücksichtigung des Verbundanschlusses mit einer bilinearen Anschlußfeder hergeleitet. Die Entwicklung des Rechenmodells basiert dabei auf der Auswertung von Versuchen, die im Labor für Konstruktiven Ingenieurbau an der Universität Kaiserlautern durchgeführt worden sind. Besonders das beobachtete Trag-und Verformungsverhalten der Großversuche lieferte einen sehr wichtigen Beitrag zur Entwicklung des Modells. Es wurde Wert auf die Entwicklung eines einfachen Verfahrens gelegt, das trotzdem einen guten Kompromiß zwischen den Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit und die Sicherheit findet. Zur Bestimmung der verschiedenen, im Modell benötigten Rechengrößen, wurden insgesamt 56 Versuche mit Verbundanschlüssen ausgewertet. Die benötigten Rechengrößen sind folgende: Das vom Anschluß erreichbare, maximale Moment Die Auswertung der Versuche hat gezeigt, daß das rechnerische plastische Moment nicht von allen Anschlüssen erreicht wurde. Diesen Anschlüssen war gemeinsam, daß sie mit Matten bewehrt waren (oder mit Stabstahl d8mm), oder es wurde der Stützensteg für das Versagen des Anschlusses maßgebend. Auch die gelenkigen Fahnenblechanschlüsse (mit einem Spalt zwischen dem Trägeruntergurt und der Stütze) erreichten nicht immer das plastische Moment. Für diese Anschlüsse muß die Biegetragfähigkeit elastisch berechnet werden. Ausdrücklich zu betonen ist, daß die Bezeichnung plastischer Anschluß im Zusammenhang mit dem Rechenmodell nur etwas über die Größe des erreichbaren, rechnerischen Anschlußmomentes aussagt. Ein plastisch berechneter Anschluß kann sich, im Bezug auf die Duktilität, trotzdem spröde verhalten. Die Duktilität des Anschlusses wird gesondert ermittelt. Die Steifigkeit des Anschlusses Die im vereinfachten Rechenmodell zu ermittelnde Steifigkeit des Verbundanschlusses wird auf die Steifigkeit des angeschlossenen Trägers (im Zustand II) bezogen. Desweiteren hängt diese noch von der Geometrie des Anschlusses selbst ab. Die Zahlenwerte für die bezogenen Steifigkeiten der verschiedenen Anschlußtypen wurden mit Hilfe von 56 ausgewerteten Verbundanschluß-Versuche und mit Hilfe von wirklichkeitsnahen, physikalisch nichtlinearen Berechnungen kalibriert. Die rechnerische Grenzverdrehung des Anschlusses Für die Ermittlung der rechnerischen Grenzverdrehung wird, auf der sicheren Seite liegend, der Drehpunkt des Anschlusses in Höhe des Träger-Untergurtes festgelegt. Dann wird die rechnerische Grenzdehnung des Betongurtes berechnet und die Grenzverdrehung aus den Geometriewerten des Anschlusses und der Grenzdehnung des Betongurtes ermittelt. Die Kalibrierung des Verfahrens und die Justierung der Korrekturfaktoren wurden mit Hilfe der vorliegenden 56 Verbundversuche durchgeführt. Das reduzierte, plastische Feldmoment und die rechnerische Grenzverdrehung des Anschlusses Um noch eine zusätzliche Sicherheit gegen das Überschreiten der Maximallast des Trägers im Rechenmodell zu berücksichtigen, wird das größte Feldmoment auf das reduzierte, plastische Feldmoment begrenzt. Die Einführung dieser Reduzierung begründet sich in den nichtlinearen Berechnungen und insbesondere in der Auswertung der Großversuche. Um die letzten 10 % der Biegetragfähigkeit im Feld zu aktivieren, benötigt der Träger besonders große Verformungen. Dies bedeutet, daß die Duktilität des Verbundanschlusses dann benötigt wird, wenn der Verbundträger die 90%-Grenze seiner Biegebeanspruchbarkeit im Feld überschreitet. Im Rechenmodell wird diesem Verhalten dadurch Rechnung getragen, daß die Biegetragfähigkeit im Feld auf 90% des plastischen Feldmomentes begrenzt wird. Die restlichen 10% der Biegetragfähigkeit werden nur anteilmäßig in Abhängigkeit von der Größe der rechnerischen Grenzverdrehung des Verbundanschlusses dazu addiert. Die Rechenergebnisse des Modells wurden mit wirklichkeitsnahen, physikalisch nichtlinearen Gegenrechnungen überprüft. Die nichtlinearen Berechnungen wurden ihrerseits an den Großversuchen, die im Labor für Konstruktiven Ingenieurbau der Universität Kaiserslautern durchgeführt wurden, kalibriert. Für das Rechenmodell wurden getestet: Anschlüsse mit großer Steifigkeit, Anschlüsse mit geringer Steifigkeit, Anschlüsse mit sehr geringer Verdrehungsfähigkeit, Anschlüsse mit großer Verdrehungsfähigkeit, desweiteren die Grenzwerte nach [2.24] für die Einordnung eines Anschlusses in die Kategorie gelenkig , die Grenzwerte nach [2.24] für die Einordnung eines Anschlusses in die Kategorie starr , die Auswirkungen von Überfestigkeiten in den Anschlüssen, die Auswirkungen von veränderten Annahmen für die Festigkeiten beim gleichen System und beim gleichen Anschluß. Die Teilsicherheitsbeiwerte gegen ein Systemversagen bei den Berechnungen mit den Bemessungswerten (Berechnungs-Nr.: 12 und 22) liegen zwischen 1,18 und 1,59. Es wurden auch Vergleichsrechnungen mit hohen Werkstoffestigkeiten durchgeführt (Berechnungs-Nr.: 11 und 21), bei denen die angesetzten Bemessungswerte die wirklichen Festigkeiten z.T. sogar übersteigen. Hier liegen die Sicherheiten zwischen 1,01 und 1,49. Diese Werte stellen einen guten Kompromiß zwischen sicher und wirtschaftlich dar. Der Abstand zwischen den mit dem Rechenmodell ermittelten Verformungen und den nichtlinear ermittelten Verformungen wird i.a. erst kurz vor dem Erreichen der rechnerischen Grenzlast groß. Auf dem Gebrauchslastniveau werden die Verformungen vom vereinfachten Rechenmodell gut angenähert. Die Grenzen für die Einordnung der Anschlüsse in die Kategorien starr , verformbar und gelenkig , die in [2.24] angegeben sind, können durch die hier durchgeführten, vergleichenden Berechnungen bestätigt werden. Die Vergleichrechnungen zeigen, daß ein Anschluß im Zweifelsfall besser etwas steifer angenommen werden sollte. Dadurch wird er rechnerisch stärker beansprucht, und die Anschlußkonstruktion liegt auf der sicheren Seite. Die Auswirkungen auf das Feld sind gering. Auch verhält sich der Feldquerschnitt im allgemeinen gegenüber Abweichungen in den rechnerischen Annahmen gutmütiger . Durch die konzentrierte Verdrehung im Bereich des Verbundanschlusses und durch die Kerbe, die das Stützenprofil für den Betongurt darstellt werden direkt am Stützenprofil Risse im Betongurt hervorgerufen. Die erforderliche Betongurtdehnung aus der Anschlußverdrehung findet hier konzentriert in 2, bis maximal 3 Rissen statt. Dieses Rißgeschehen läßt sich bei großen Anschlußverdrehungen und mit einer normalen Bewehrung nur sehr schwer beherrschen, siehe Bild 4.13. Versuche mit unterschiedlichen Arten von Bewehrungen und Bewehrungsführungen sollten durchgeführt werden (z.B. stahlfaserbewehrter Beton im Anschlußbereich, Zulage von Stäben mit hochfestem Stahl, Zulage von Glasfiebermatten). Das Ziel muß es dabei sein, die Rißbreiten im Gebrauchszustand unter Kontrolle zu halten. Zu beachten ist dabei, daß der Gebrauchszustand des Anschlusses vom ganzen System -Träger mit Verbundanschluß - vorgegeben wird. Die Möglichkeit, die Bewehrung wirtschaftlich herstellen und einbringen zu können, sollte ein weiterer Gesichtspunkt bei der Planung der Versuche sein.
Einer der Schwerpunkte dieser Arbeit ist die Reaktivitätsstudie von Mesitylphosphaalkin gegnüber 1,3-Butadien. Durch diese Umsetzung gelingt erstmals die Synthese eines 1-Phosphacyclohexa-1,4-diens und somit ein Beweis für die Gültigkeit des postulierten Reaktionsmechanismus zum Aufbau von Diphosphatricyclooctenen. Die Isolierung dieses Phosphacyclohexadiens ermöglicht auch erstmals die Darstellung von in 2- und 8-Position sterisch aufwendig gemischt substituierter Tricyclooctene aus je einem Äquivalent zweier verschiedener Phosphaalkine und einem Molekül eines offenkettigen 1,3-Diens. Ein weiteres Hauptaugenmerk lag auf dem Reaktionsverhalten von kinetisch stabilisierten Phosphaalkinen gegenüber Vinylallenen. Diese reagieren, obwohl sie auch die konstitutionelle Voraussetzung für En-Reaktionen mit sich bringen, fast ausnahmslos im Sinne offenkettiger 1,3-Diene. Je nach Wahl des Substitutionsmusters der Reaktanden sind so Tricyclooctene, Phosphinine, Phosphacyclohexadiene, Tetrahydrophosphinolizine und auch ein hochsubstituiertes Phosphan zugänglich. Trotz sterischer Abschirmung eignen sich die neuen Phosphine und Tricyclooctene als Liganden in Übergangsmetallcarbonylkomplexen. Im zweiten Teil der Arbeit steht die Synthese neuer auch perfluorierter Phosphaalkene des Becker-Typs im Vordergrund. Sie lassen sich als Syntheseäquivalente der entsprechenden Phosphaalkine einsetzen, auch wenn deren Darstellung nur in einem einzigen Fall gelingt. Das neu synthetisierte Phosphaalkin entzieht sich aufgrund seines hohen Dampfdrucks einer Isolierung. Seine Existenz steht jedoch außer Frage, da es in 1,3-dipolaren Cycloadditionen die erwarteten Heterophosphole liefert. Im letzten Abschnitt der Arbeit wurden Untersuchungen bezüglich der En-Reaktivität eines perfluorierten Phosphaalkens angestellt. Umsetzungen mit kinetisch nicht stabilisierten Phosphaalkenen ermöglichen hier den Zugang zu sehr hydrolyseempfindlichen Diphosphanen. Eine Dimerisierung der Reaktionspartner wird unterdrückt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das biologisch aktive Alkaloid Lycorin aus Pflanzenmaterial isoliert. Durch Oxidation von Lycorin konnte das biologisch ebenfalls wirksame Lycobetain (Ungeremine) dargestellt werden. Zur Identifizierung der für die biologischen Wirkungen wesentlichen strukturellen Elemente dieser Substanzen, wurden verschiedene Phenanthridin- und Benzo[c]phenanthridin-Derivate synthetisiert und auf ihre cytotoxische Wirkung untersucht. Die biologische Wirkung der synthetisierten Substanzen wurde mittels Sulforhodamin-B-Assay, Ethidiumbromid-Verdrängungsassay und dem Kompetitionsassay mit Hoechstfarbstoff H33258 untersucht. Die wachstumshemmende Wirkung der Phenanthridin- und Benzo[c]phenanthridin-Derivate war im Vergleich zu Lycorin (~ 2 microM) und Lycobetain (~ 3 microM) deutlich niedriger und lag bei allen Substanzen über 10 microM. Auch bei den Ergebnissen zur DNA-Interaktion zeigte sich, dass keine der Phenanthridin- und Benzo[c]phenanthridin-Derivate im Ethidiumbromid-Verdrängungsassay einen ED50-Wert kleiner als 20 microM (Lycobetain: ED50 = 13 microM) bzw. im Kompetitionsassay mit H33258 einen ED50-Wert kleiner als 1 microM (Lycobetain: ED50 = 0,5 microM) besaßen.
Die Arbeit will die Methode der Selbstorganisation explizieren und vermittels systemtheoretischer Begriff operationaliseren. Dies soll es ermöglichen beliebige Teile des Ganzen der Natur als je ein Ganzes begreifen zu können, um es seinerseits mit der Methode der Selbstorganisation untersuchen zu können. Aus den methodischen und operationalen Zusammenhängen werden Implikationen für eine Ethik im Kontext der Selbstorganisation aufgezeigt. Basierend auf den unbedingten Werten Bejahung und Entfaltung sowie der unbedingten Forderung nach Verantwortung wird gezeigt, dass Ethik und Moral prinzipiell wandelbar und flexibel sind. Die Arbeit soll den methodischen Boden dafür schaffen, ein holistisches Weltbild und Selbstverständnis mittels der Methode der Selbstorganisation entwickeln zu können, von dem ausgehend unterschiedliche Applikationsbereiche erschlossen werden können.
Abstract: We describe a technique for manipulating quantum information stored in collective states of mesoscopic ensembles. Quantum processing is accomplished by optical excitation into states with strong dipole-dipole interactions. The resulting "dipole blockade" can be used to inhibit transitions into all but singly excited collective states. This can be employed for a controlled generation of collective atomic spin states as well as non-classical photonic states and for scalable quantum logic gates. An example involving a cold Rydberg gas is analyzed.