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A geoscientifically relevant wavelet approach is established for the classical (inner) displacement problem corresponding to a regular surface (such as sphere, ellipsoid, actual earth's surface). Basic tools are the limit and jump relations of (linear) elastostatics. Scaling functions and wavelets are formulated within the framework of the vectorial Cauchy-Navier equation. Based on appropriate numerical integration rules a pyramid scheme is developed providing fast wavelet transform (FWT). Finally multiscale deformation analysis is investigated numerically for the case of a spherical boundary.
In this work the investigation of a (Ti, Al, Si) N system was done. The main point of investigation was to study the possibility of getting the nanocomposite coatings structures by deposition of multilayer films from TiN, AlSiN, . This tries to understand the relation between the mechanical properties (hardness, Young s modulus), and the microstructure (nanocrystalline with individual phases). Particularly special attention was given to the temperature effects on microstructural changes in annealing at 600 °C for the coatings. The surface hardness, elastic modulus, and the multilayers diffusion and compositions were the test tools for the comparison between the different coated samples with and without annealing at 600 °C. To achieve this object a rectangular aluminum vacuum chamber with three unbalanced sputtering magnetrons for the deposition of thin film coatings from different materials was constructed The chamber consists mainly of two chambers, the pre-vacuum chamber to load the workpiece, and the main vacuum chamber where the sputtering deposition of the thin film coatings take place. The workpiece is moving on a car travel on a railway between the two chambers to the position of the magnetrons by step motors. The chambers are divided by a self constructed rectangular gate controlled manually from outside the chamber. The chamber was sealed for vacuum use using glue and screws. Therefore, different types of glue were tested not only for its ability to develop an uniform thin layer in the gap between the aluminum plates to seal the chamber for vacuum use, but also low outgassing rates which made it suitable for vacuum use. A epoxy was able to fulfill this tasks. The evacuation characteristics of the constructed chamber was improved by minimizing the inner surface outgassing rate. Therefore, the throughput outgassing rate test method was used in the comparisons between the selected two aluminum materials (A2017 and A5353) samples short time period (one hour) outgassing rates. Different machining methods and treatments for the inner surface of the vacuum chamber were tested. The machining of the surface of material A (A2017) with ethanol as coolant fluid was able to reduce its outgassing rate a factor of 6 compared with a non-machined sample surface of the same material. The reduction of the surface porous oxide layer on the top of the aluminum surface by the pickling process with HNO3 acid, and the protection of it by producing another passive non-porous oxides layer using anodizing process will protect the surface for longer time and will minimize the outgassing rates even under humid atmosphere The residual gas analyzer (RGA) 6. Summary test shows that more than 85% of the gases inside the test chamber were water vapour (H2O) and the rests are (N2, H2, CO), so liquid nitrogen water vapor trap can enhance the chamber pumping down process. As a result it was possible to construct a chamber that can be pumped down using a turbo molecular pump (450 L/s) to the range of 1x10-6 mbar within one hour of evacuations where the chamber volume is 160 Litters and the inner surface area is 1.6 m2. This is a good base pressure for the process of sputtering deposition of hard thin film coatings. Multilayer thin film coating was deposited to demonstrate that nanostructured thin film within the (Ti, Al, Si) N system could be prepared by reactive magnetron sputtering of multi thin film layers of TiN, AlSiN. The (SNMS) spectrometry of the test samples show that a complete diffusion between the different deposited thin film coating layers in each sample takes place, even at low substrate deposition temperature. The high magnetic flux of the unbalanced magnetrons and the high sputtering power were able to produce a high ion-toatom flux, which give high mobility to the coated atoms. The interactions between the high mobility of the coated atoms and the ion-to-atom flux were sufficient to enhance the diffusion between the different deposited thin layers. It was shown from the XRD patterns for this system that the structure of the formed mixture consists of two phases. One phase is noted as TiN bulk and another detected unknown amorphous phase, which can be SiNx or AlN or a combination of Ti-Al-Si-N. As a result we where able to deposit a nanocomposite coatings by the deposition of multilayers from TiN, AlSiN thin film coatings using the constructed vacuum chamber
Solid particle erosion is usually undesirable, as it leads to development of cracks and
holes, material removal and other degradation mechanisms that as final
consequence reduce the durability of the structure imposed to erosion. The main aim
of this study was to characterise the erosion behaviour of polymers and polymer
composites, to understand the nature and the mechanisms of the material removal
and to suggest modifications and protective strategies for the effective reduction of
the material removal due to erosion.
In polymers, the effects of morphology, mechanical-, thermomechanical, and fracture
mechanical- properties were discussed. It was established that there is no general
rule for high resistance to erosive wear. Because of the different erosive wear
mechanisms that can take place, wear resistance can be achieved by more than one
type of materials. Difficulties with materials optimisation for wear reduction arise from
the fact that a material can show different behaviour depending on the impact angle
and the experimental conditions. Effects of polymer modification through mixing or
blending with elastomers and inclusion of nanoparticles were also discussed.
Toughness modification of epoxy resin with hygrothermally decomposed polyesterurethane
can be favourable for the erosion resistance. This type of modification
changes also the crosslinking characteristics of the modified EP and it was
established the crosslink density along with fracture energy are decisive parameters
for the erosion response. Melt blending of thermoplastic polymers with functionalised
rubbers on the other hand, can also have a positive influence whereas inclusion of
nanoparticles deteriorate the erosion resistance at low oblique impact angles (30°).
The effects of fibre length, orientation, fibre/matrix adhesion, stacking sequence,
number, position and existence of interleaves were studied in polymer composites.
Linear and inverse rules of mixture were applied in order to predict the erosion rate of
a composite system as a function of the erosion rate of its constituents and their
relative content. Best results were generally delivered with the inverse rule of mixture
approach.
A semi-empirical model, proposed to describe the property degradation and damage
growth characteristics and to predict residual properties after single impact, was
applied for the case of solid particle erosion. Theoretical predictions and experimental
results were in very good agreement.
Strahlerosionsverschleiß (Erosion) entsteht beim Auftreffen von festen Partikel
auf Oberflächen und zeichnet sich üblicherweise durch einen Materialabtrag aus, der
neben der Partikelgeschwindigkeit und dem Auftreffwinkel stark vom jeweiligen
Werkstoff abhängt. In den letzten Jahren ist die Anwendung von Polymeren und
Verbundwerkstoffen anstelle der traditionellen Materialien stark angestiegen.
Polymere und Polymer-Verbundwerkstoffe weisen eine relativ hohe Erosionsrate
(ER) auf, was die potenzielle Anwendung dieser Werkstoffe unter erosiven
Umgebungsbedingungen erheblich einschränkt.
Untersuchungen des Erosionsverhaltens anhand ausgewählter Polymere und
Polymer-Verbundwerkstoffe haben gezeigt, dass diese Systeme unterschiedlichen
Verschleißmechnismen folgen, die sehr komplex sind und nicht nur von einer
Werkstoffeigenschaft beeinflusst werden. Anhand der ER kann das
Erosionsverhalten grob in zwei Kategorien eingeteilt werden: sprödes und duktiles
Erosionsverhalten. Das spröde Erosionsverhalten zeigt eine maximale ER bei 90°,
während das Maximum bei dem duktilen Verhalten bei 30° liegt. Ob ein Material das
eine oder das andere Erosionsverhalten aufweist, ist nicht nur von seinen
Eigenschaften, sondern auch von den jeweiligen Prüfparametern abhängig.
Das Ziel dieser Forschungsarbeit war, das grundsätzliche Verhalten von
Polymeren und Verbundwerkstoffen unter dem Einfluss von Erosion zu
charakterisieren, die verschiedenen Verschleißmechanismen zu erkennen und die
maßgeblichen Materialeigenschaften und Kennwerte zu erfassen, um Anwendungen
dieser Werkstoffe unter Erosionsbedingungen zu ermöglichen bzw. zu verbessern.
An einer exemplarischen Auswahl von Polymeren, Elastomeren, modifizierten Polymeren und Faserverbundwerkstoffen wurden die wesentlichen Einflussfaktoren
für die Erosion experimentell bestimmt.
Thermoplastische Polymere und thermoplastische- und vernetzte- Elastomere
Die Versuche, den Erosionswiderstand ausgewählter Polymere (Polyethylene
und Polyurethane) mit verschiedenen Materialeigenschaften zu korrelieren, haben
gezeigt, dass es weder eine klare Abhängigkeit von einzelnen Kenngrößen noch von
Eigenschaftskombinationen gibt. Möglicherweise führt die Bestimmung der
Materialeigenschaften unter den gleichen experimentellen Bedingungen wie bei den Erosionsversuchen zu einer besseren Korrelation zwischen ER und
Materialkenngröße.
Modifiziertes Epoxidharz
Am Beispiel eines modifizierten Epoxidharzes (EP) mit verschiedener
Vernetzungsdichte wurde eine Korrelation zwischen Erosionswiderstand und
Bruchenergie bzw. Erosionswiderstand und Vernetzungsdichte gefunden. Die
Modifizierung erfolgte mit verschiedenen Anteilen von einem hygrothermisch
abgebauten Polyurethan (HD-PUR). Der Zusammenhang zwischen ER und
Vernetzungsparametern steht im Einklang mit der Theorie der Kautschukelastizität.
Modifizierungseffizienz in Duromeren, Thermoplasten und Elastomeren
Des weiteren wurde der Einfluss von Modifizierungen von Polymeren und
Elastomeren untersucht. Mit dem obenerwähnten System (d.h. EP/HD-PUR) läßt sich
auch der Einfluss der Zähigkeitsmodifizierung des Epoxidharzes (EP) auf das
Erosionsverhalten untersuchen. Es wurde gezeigt, dass für HD-PUR Anteile von
mehr als 20 Gew.% diese Modifizierung einen positiven Einfluss auf die
Erosionsbeständigkeit hat. Durch Variation der HD-PUR-Anteile können für dieses
EP Materialeigenschaften, die zwischen den Eigenschaften eines üblichen
Duroplasten und eines weniger elastischen Gummis liegen, erzeugt werden.
Deswegen stellt der modifizierte EP-Harz ein sehr gutes Modellmaterial dar, um den
Einfluss der experimentellen Bedingungen zu studieren, und zu untersuchen, ob
verschiedene Erodenten zu gleichen Erosionsmechanismen führen. Der Übergang
vom duroplastischen zum zähen Verhalten wurde anhand von vier Erodenten
untersucht. Aus den Versuchen ergab sich, dass ein solcher Übergang auftritt, wenn
sehr feine, kantige Partikel (Korund) als Erodenten dienen. Die Partikelgröße und -form ist von entscheidender Bedeutung für die jeweiligen Verschleißmechanismen.
Die Effizienz neuartiger thermoplastischer Elastomere mit einer cokontinuierlichen
Phasenstruktur, bestehend aus thermoplastischem Polyester und
Gummi (funktionalisierter NBR und EPDM Kautschuk), wurde in Bezug auf die
Erosionsbeständigkeit untersucht. Große Anteile von funktionalisiertem Gummi (mehr
als 20 Gew.%) sind vorteilhaft für den Erosionswiderstand. Weiterhin wurde
untersucht, ob sich die herausragende Erosionsbeständigkeit von Polyurethan (PUR)
durch Zugabe von Nanosilikaten eventuell noch steigern läßt. Das Ergebnis war,
dass die Nanopartikel sich vor allem bei einem kleinen Verschleißwinkel (30°) negativ
auswirken. Die schwache Adhäsion zwischen Matrix und Partikeln erleichtert den
Beginn und das Wachsen von Rissen. Dies führt zu einem schnelleren
Materialabtrag von der Materialoberfläche.
Faserverbundwerkstoffe
Ferner wurden Faserverbundwerkstoffe (FVW) mit thermoplastischer und
duromerer Matrix auf ihr Verhalten bei Erosivverschleiß untersucht. Es war von
großem Interesse, den Einfluss von Faserlänge und -orientierung zu untersuchen.
Kurzfaserverstärkte Systeme haben einen besseren Erosionswiderstand als die
unidirektionalen (UD) Systeme. Die Rolle der Faserorientierung kann man nur in
Verbindung mit anderen Parametern, wie Matrixzähigkeit, Faseranteil oder Faser-
Matrix Haftung, berücksichtigen. Am Beispiel von GF/PP Verbunden weisen die
parallel zur Verstreckungsrichtung gestrahlten Systeme den geringsten Widerstand
auf. Andererseits findet bei einem GF/EP System die maximale ER in senkrechter
Richtung statt. Eine Verbesserung der Grenzflächenscherfestigkeit beeinflusst die
Erosionsverschleißrate nachhaltig. Wenn die Haftung der Grenzfläche ausreichend
ist, spielt die Erosionsrichtung eine unbedeutende Rolle für die ER. Weiterhin wurde
gezeigt, dass die Präsenz von zähen Zwischenschichten zu einer deutlichen
Verbesserung des Erosionswiderstands von CF/EP- Verbunden führt.
Eine weitere Aufgabenstellung war es, die Rolle des Faservolumenanteils zu
bestimmen. „Lineare, inverse und modifizierte Mischungsregeln“ wurden
angewendet, und es wurde festgestellt, dass die inversen Mischungsregeln besser
die ER in Abhängigkeit des Faservolumenanteils beschreiben können.
Im Anwendungsbereich von Faserverbundwerkstoffen ist nicht nur die Kenntnis
der ER, sondern auch die Kenntnis der Resteigenschaften erforderlich. Ein
halbempirisches Modell für die Vorhersage des Schlagenergieschwellwertes (Uo) für den Beginn der Festigkeitsabnahme und der Restzugfestigkeit nach einer
Schlagbelastung wurde bei der Untersuchung des Erosionsverschleißes
angewendet. Experimentelle Ergebnisse und theoretische Vorhersagen stimmten
nicht nur für duromere CF/EP-Verbundwerkstoffe, sondern auch für
Verbundwerkstoffe mit einer thermoplastischen Matrix (GF/PP) sehr gut überein.
Cyclo-(PhAs)6 als Edukt für Übergangsmetallcyclopentadienyl-Komplexe mit Asn- und (PhAs)n-Liganden
(2002)
In der Chemie der (RAs)n-Heterocyclen, R = Alkyl, Aryl, hat sich cyclo-(PhAs)6 als besonders wertvolles Ausgangsmaterial für Komplexe mit Asn- bzw. (PhAs)n-Liganden bewährt. Die Cothermolyse von Hexaphenylcyclohexaarsan mit verschiedenen Übergangsmetallcyclopentadienyl-Komplexen liefert eine Reihe von neuartigen Verbindungen mit substituentenfreien As-Liganden und substituentenhaltigen As-Liganden, welche zum Teil in guten Ausbeuten hergestellt und in einigen Fällen durch eine Röntgenstrukturanalyse charakterisiert wurden. Bei den Komplexen mit As1- und As2-Liganden verdienen besondere Beachtung das dreiecksdodekaedrische [{Cp=Fe}4As4] sowie das aus der trigonalen Bipyramide bestehende [{CpRCo}3(µ3-As)2], dessen Spitzen von jeweils einem dreibindigen Arsenatom besetzt sind. Bei [{Cp-Co}3(µ3-As)2] ist das freie Elektronenpaar am Arsen noch zusätzlich durch ein {M(CO)5}-Fragment (M = Mo, W) komplexierbar ([{Cp-Co}3{(µ4-As)M(CO)5}2]). Verbindungen mit substituentenhaltigen As-Liganden sind in der Literatur nur vereinzelt beschrieben. Bei [{Cp=Rh}3(µ-CO)(AsPh2)As] wurde offensichtlich eine PhAs-Gruppe unter Ph-Wanderung in einen Ph2As-Liganden umgewandelt. Bemerkenswert ist der PhAs-Ligand in [{Cp=Rh(CO)}2(AsPh)W(CO)5], dessen freies Elektronenpaar noch zusätzlich an ein {W(CO)5}-Fragment koordiniert ist. In [{Cp=Rh}3(Rh(CO)2)(AsPh)(AsO)] sind ein PhAs- und AsO-Ligand realisiert.
The tape placement technique is of particular importance for the production of large
and weight optimized structural components especially in the aeronautic industry.
The components are produced independently of size and load directions by placing
single unidirectional fiber reinforced tapes automatically. Moreover, very large component
dimensions enable a reduction of joining processes.
In comparison to the thermoset tape placement, additional potentials can be set up
through the usage of thermoplastic semi-finished materials, as beside the high degree
of integration und the defined laminate construction less material specific problems
and a non-autoclave production can be realized. This thesis follows an allembracing
analyses and development of the thermoplastic tape placement process
to provide knowledge to overcome the deficits concerning semi-finished materials,
systems engineering and available models for the process description.
First, the process is described and differentiated. Within the scope of a strategic
process analyses, the potentials and strength of this process are worked out.
Through a succeeding operational process analyses, the process is pictured in detail
and further developments of the process and the control are made possible.
All aspects of the process in terms of quality of the semi-finished material, systems
engineering, process control, and quality assurance are considered for the process
development. Innovative concepts to solve the first layer problem and a new tape
placement head are worked out.
A new model is developed to support strategic decisions on basis of component specific
cycle times. A measure for the component shape complexity is derived and integrated
into a continuous approach. The model is based on the process physics and
can be applied to any component without a need for empiric data.
Finally, new process potentials are presented through a combination of thermoforming
and thermoplastic tape placement.
Endless fibre reinforced thermoplastic sheets (organic sheets) are significantly gaining
in importance due to their outstanding characteristics. In comparison to common
thermoplastic press moulding composites with random reinforcement like GMT and
LFRT they offer remarkably better specific mechanical properties (stiffness, strength).
And different from endless fibre reinforced thermosets, they also possess high
toughness and show good impact behaviour. Furthermore, they enable welding and
have an appreciable recycling potential.
The manufacturing steps, beginning from impregnation and consolidation of the
semi-finished sheets up to thermoforming and welding to obtain the final part, represent
a closed processing chain. This results in short cycle times and the potential for
mass production.
However, this material class is rarely used because of its cost and surface quality
problems. Therefore, only a few applications exist as demanding functional or structural
parts.
High costs emerge in consequence of either expensive raw materials (carbon fibres,
technical thermoplastics) or the sophisticated processing technique concerning the
impregnation and consolidation step (double belt press). The surface quality problem
is mainly caused by the print-through of reinforcing fibres, which therefore precludes
applications in visible regions, especially in the field of automotive exterior panels.
The aim of the thesis was to enhance the chances of application by improving the
surface quality of endless fibre reinforced thermoplastics. Thus the surface characteristics
and possibilities for reproducible quantitative measuring were identified. Surface
roughness, gloss rate, profile amplitude and wavelength as well as short (sw)
and long term (lw) waviness were chosen as appropriate values. By varying the type of fibre, matrix, fabric and coating the influence of material parameters on the surface
appearance could then be investigated.
It became obvious that the fibre print-through is a result of the significantly higher
volume shrinkage of the thermoplastic resin (higher coefficient of linear thermal expansion)
in comparison to that of the reinforcement during the cooling process, combined
with an uneven distribution of resin and fibres. Thus, amorphous matrices that
have no shrinkage due to crystallisation and a preferably small thermal induced density
growth lead to significantly better surface qualities (from lw = 60 to lw = 20). Qualitatively the texture is dominated by the reinforcing architecture. The kind of textile
weaving and fineness of the fibre bundles determine the wavelength of the profile
deflection.
It was found that the coating has the largest influence on the surface appearance. A
common varnish layer with a thickness of only 40 μm enhances the gloss of the substrate
which makes the surface waviness even more clearly visible. However, optimising
the varnish system with additional base coat or filling layers drastically reduced
the waviness but did not raze it completely (lw = 10). Only the application of a
thermoplastic varnish layer could diminish the waviness to the desired range below
10 (lw = 4).
Besides the experimental work a theoretical analysis of the consolidation and solidification
step was carried out. A finite element model has been created representing a
semi-finished sheet with four layers of a 2/2 twill textile reinforcement. Based on this
geometry various matrix characteristics as well as alterations of the global reinforcement
structure (more or less horizontal ply off-set) have been analysed.
The simulations supported the experimental results. They indicated the strong influence
of the matrix and showed that the off-set of the reinforcing layers plays an important
role concerning the resulting surface profile. Because the off-set of the plies
can not be controlled in the real material and therefore is at random, the profile
depths show a remarkable standard deviation (30 %). In the example considering a
2/2-twill reinforcement the optimum off-set could reduce the profile depth up to 40 %.
Furthermore, the influence of the process parameters (pressure and cooling rate)during the consolidation process was experimentally and theoretically investigated. In
addition to the non-isotropic characteristics of the textile, the time and temperature
dependent mechanical behaviour of the thermoplastic matrix had to be ascertained
and transferred into the model.
A rapid cooling rate was identified to reduce the surface profile of the substrate. The
profile depth of the simulated GF-PC could be decreased from 5 - 3 μm. However,
experimental tests concerning temperature changes and weathering showed that this
advantageous effect decreases with time due to the viscoelastic behaviour of the
polymer and resetting forces of the reinforcement.
The pressure can influence the texture phenomenon only by affecting the fibre volume
content of the sample. In case of static isobaric press processing a certain matrix
flow across the margins of the tool can not be totally averted. With a rising pressure the outflow becomes stronger and leads to a growing fibre volume content and
stronger surface waviness.
By carrying out several simulations with systematically varying material data a nomogram
could be created that represents a tool to predict the surface profile of comparable
composites (2/2 twill reinforcement, FVC around 50 %) just in dependence of
the matrix. It takes into account the specific matrix volume shrinkage and the pitch
from its solidification to usage temperature. Thus, the possibilities but also limitations
of a certain material combination concerning surface waviness can easily be estimated.
In order to reduce the heterogeneity of the fibre matrix distribution common textile
fabrics were substituted by unidirectional (UD) non-crimped structures and UD fabrics.
A newly established processing method was used to manufacture a noncrimped
and non-sewed endless fibre reinforced thermoplastic sheet by direct combination
of a multiaxial weft insertion machine and a continuous rotocure press. The
resulting product proved the potential for an improved surface quality. Despite the
use of relatively heavy rovings and not yet optimised fibre placement the surface profile
of this new kind of organic sheets is comparable with the one of those samples
having the fine 8-H-satin fabric reinforcement (lw = 20).
Finally it could be shown that the method of thermoplastic varnish layer lamination
which has successfully been used for semi-finished parts can also be integrated in a
thermoforming step to create three-dimensional components. The best results of this trial (lw = 10, sw = 14) do not reach the level of the flat sheets but almost meet the
requirements of the automotive “Class A” standard. With regard to economical and
weight saving aspects this material option can be considered a competitive alternative
to common car body panels.
In conclusion the investigations showed a notable feasibility to improve the surface
quality of endless fibre reinforced thermoplastic sheets. Therefore, this thesis represents
a contribution to amplify the application potential of this material class, particularly
in the fields of leisure and sports goods, and in the range of commercial vehicles.
eta3- und eta3:2-koordinierte Manganverbindungen wurden mit Alkinen umgesetzt - Übergangsmetallkomplexe unterschiedlicher Struktur und Koordination mit Vinylcyclopropan. Ziel der Arbeit war die Isolierung und Charakterisierung der neu gebildeten Verbindungen. Die Reaktionen lieferten ein unerwartet breites Produktbild.
Lung cancer, mainly caused by tobacco smoke, is the leading cause of cancer mortality. Large efforts in prevention and cessation have reduced smoking rates in the U.S. and other countries. Nevertheless, since 1990, rates have remained constant and it is believed that most of those currently smoking (~25%) are addicted to nicotine, and therefore are unable to stop smoking. An alternative strategy to reduce lung cancer mortality is the development of chemopreventive mixtures used to reduce cancer risk. Before entering clinical trails, it is crucial to know the efficacy, toxicity and the molecular mechanism by which the active compounds prevent carcinogenesis. 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK), N-nitrosonornicotine (NNN) and benzo[a]pyrene (B[a]P) are among the most carcinogenic compounds in tobacco smoke. All have been widely used as model carcinogens and their tumorigenic activities are well established. It is believed that formation of DNA adducts is a crucial step in carcinogenesis. NNK and NNN form 4-hydroxy-1-(3-pyridyl)-1-butanone releasing and methylating adducts, while B[a]P forms B[a]P-tetraol-releasing adducts. Different isothiocyanates (ITCs) are able to prevent NNK-, NNN- or B[a]P-induced tumor formation, but relative little is know about the mechanism of these preventive effects. In this thesis, the influence of different ITCs on adduct formation from NNK plus B[a]P and NNN were evaluated. Using an A/J mouse lung tumor model, it was first shown that the formation of HPB-releasing, O6-mG and B[a]P-tetraol-releasing adducts were not affected when NNK and B[a]P were given individually or in combination, of by gavage. Using the same model, the effects of different mixtures of PEITC and BITC, given by gavage or in the diet, on DNA adduct formation were evaluated. Dietary treatment with phenethyl isothiocyanate (PEITC) or PEITC plus benzyl isothiocyanate (BITC) reduced levels of HPB-releasing adducts by 40*50%. This is consistent with a previously shown 40% inhibition of tumor multiplicity for the same treatment. In the gavage treatments with ITCs it seemed that PEITC reduced HPB-releasing DNA adducts, while levels of BITC counteracted these effects. Levels of O6-mG were minimally affected by any of the treatments. Levels of B[a]P-tetraol releasing adducts were reduced by gavaged PEITC Summary Page XII and BITC, 120 h after the last carcinogen treatment, while dietary treatment had no effects. We then extended our investigation to F-344 rats by using a similar ITC treatment protocol as in the mouse model. NNK was given in the drinking water and B[a]P in diet. Dietary PEITC reduced the formation of HPB-releasing globin and DNA adducts in lung but not in liver, while levels of B[a]P-tetraol-releasing adducts were unaffected. Additionally, the effects of PEITC, 3-phenlypropyl isothiocyanate, and their N-acetylcystein conjugates in diet on adducts from NNN in drinking water were evaluated in rat esophageal DNA and globin. Using a protocol known to inhibit NNNinduced esophageal tumorigenesis, the levels of HPB-releasing adduct levels were unaffected by the ITCs treatment. The observations that dietary PEITC inhibited the formation of HPB-releasing DNA adducts only in mice where the control levels were above 1 fmol/µg DNA and adduct levels in rat lung were reduced to levels seen in liver, lead to the conclusion that in mice and rats, there are at least two activation pathway of NNK. One is PEITC-sensitive and responsible for the high adduct levels in lung and presumably also for higher carcinogenicity of NNK in lung. The other is PEITC-insensitive and responsible for the remaining adduct levels and tumorigenicity. In conclusion, our results demonstrated that the preventive mechanism by which ITCs inhibit carcinogenesis is only in part due to inhibition of DNA adduct formation and that other mechanisms are involved. There is a large body of evidence indicating that induction of apoptosis may be a mechanism by which ITCs prevent tumor formation, but further studies are required.
Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit standen Untersuchungen, die zu einem besseren Verständnis der Desoxyribonukleotid-Synthese, des Eisenstoffwechsels und der Differenzierung von Trypanosomen beitragen sollten. Aus diesem Grund umfasste die Arbeit drei Untersuchungsschwerpunkte. Die Ribonukleotid-Reduktase katalysiert die Umsetzung von Ribonukleotiden zu Desoxyribonukleotiden und spielt somit eine wichtige Rolle bei der DNA- Synthese. Mit immunologischen Methoden konnte gezeigt werden, dass die R1- Untereinheit des Enzyms in der schlanken und gedrungenen Blutform, sowie in der prozyklischen Insektenform vorhanden ist. Im Gegensatz dazu kommt die R2-Untereinheit nur in der proliferierenden schlanken Blutform und der prozyklischen Insektenform vor, nicht jedoch bei den im Zellarrest befindlichen gedrungenen Bluttrypanosomen. Mit molekularbiologischen Methoden konnte die mRNA der R1- und R2-Proteine in allen drei Entwicklungsstadien des Parasiten in etwa gleicher Menge nachgewiesen werden. Somit lässt sich folgern, dass die Ribonukleotid-Reduktase in T. brucei durch eine posttranskriptionale Regulation der R2-Untereinheit kontrolliert wird. Eine Regulation der Ribonukleotid-Reduktase im Zellzyklus von T. brucei konnte nicht nachgewiesen werden. Eisen stellt für Bluttrypanosomen einen essentiellen Wachstumsfaktor dar. Mit dem Eisenchelator Deferoxamin wurde der Einfluss einer Störung des Eisenhaushaltes auf Bluttrypanosomen untersucht. Deferoxamin-behandelte Trypanosomen zeigten gegen uber unbehandelten Parasiten eine deutlich geringere DNA- Syntheserate und Atmung. Die Wirkung des Chelators scheint jedoch nicht auf eine Komplexierung Enzym-gebundenen Eisens zurückzuführen zu sein. Die Behandlung der Holoenzyme (Ribonukleotid-Reduktase, Alternative Oxidase, Superoxid-Dismutase) mit Deferoxamin zeigte keinen Einfluss auf deren Aktivität. Die Wirkung des Chelators beruht vermutlich auf einer Depletierung intrazelären Eisens, das somit nicht mehr für den Einbau in neu-synthetisiertes Apoenzym zur Verfügung steht. Monomorphe Trypanosomenstämme haben im Gegensatz zu pleomorphen Stämmen die Fähigkeit verloren, sich zu differenzieren. Der Grund dafür ist vermutlich ein Defekt des cAMP-Signaltransduktionsweges. Im Rahmen der Arbeit konnte durch die Inkubation kulturadaptierter monomorpher Bluttrypanosomen mit dem membranpermeablen cAMP-Derivat 8-(4-Chlorphenylthio)-cAMP(pCPTcAMP) die Differenzierung der Parasiten zur gedrungenen Blutform erreicht werden. Die auf diese Weise erzeugte gedrungene Blutform besaß die Fähigkeit, sich zur prozyklischen Insektenform weiterzuentwickeln. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die Unfähigkeit monomorpher Trypanosomen, sich zu differenzieren, in einem Defekt in der Perzeption oder Transduktion des Differenzierungssignals liegt, nicht aber in der anschließenden Signalweiterleitung.
Computersimulation der Dynamik von Schicht und Vorschicht bei der Plasmaimmersions-Ionenimplantation
(2002)
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Prozesse, die sich bei der Plasmaimmersions-Ionenimplantation (PIII) im Plasma nahe eines Targets abspielen. Dazu wird das Particle-In-Cell/Monte Carlo-Verfahren (PIC/MC) eingesetzt, mit dem es möglich ist, Plasmen selbstkonsistent zu simulieren. Da das Augenmerk dieser Arbeit auf der Schicht und Vorschicht des Plasmas liegt, wird zunächst ein Verfahren entwickelt, das die Simulation einer planaren Plasmarandschicht ohne Plasmabulk erlaubt. Dabei muß der Wahl geeigneter Randbedingungen auf der Plasmaseite große Aufmerksamkeit geschenkt werden, um sowohl die Simulation einer statischen Floatingpotential-Randschicht als auch einer dynamischen Randschicht zu ermöglichen. Die Methode wird zuerst zur Untersuchung planarer statischer Randschichten bei Anliegen des Floatingpotentials sowie einer negativen Hochspannung an dem Target eingesetzt. Es wird gezeigt, daß das Child-Langmuir-Gesetz nur eine unbefriedigende Beschreibung der Potentialverteilung in der Plasmaschicht liefert. Durch eine Modifikation der Anfangswerte bei der Integration der Child-Langmuir-Gleichung wird in dem wandnahen Bereich der Schicht eine hervorragende Übereinstimmung zwischen dem modifizierten Gesetz und den simulierten Ergebnissen erzielt. Die Tatsache, daß sich bei der PIII in der Nähe eines Targets zunächst eine Floatingpotential-Randschicht entwickelt, in der die Ionen eine Driftgeschwindigkeit und ein Dichtegefälle aufweisen, wird in den Simulationen dieser Arbeit erstmals berücksichtigt. Die Dynamik von Schicht und Vorschicht wird durch die Simulation der Bewegung von Orten konstanter Ionendriftgeschwindigkeit analysiert. Dabei wird beobachtet, daß die Vorschicht bei der PIII mit einer zeitlichen Verzögerung auf das Anlegen einer negativen Hochspannung an das Target reagiert, die auf die Ausbreitung und das Eintreffen einer Ionenschallwelle zurückzuführen ist. Es wird ein einfaches analytisches Modell entwickelt, das die Reaktion der Vorschicht auf die Bewegung der Schichtkante erfolgreich beschreibt. In einem weiteren Schritt der Arbeit wird ein hybrides PIC/MC-Verfahren entwickelt, bei dem die lokale Dichte der isothermen Elektronen über einen Boltzmann-Ansatz nur noch vom elektrischen Potential abhängt. Die dadurch erreichte Beschleunigung des Verfahrens macht es möglich, das Verhalten des Plasmas bei periodisch angelegten Hochspannungspulsen mit verschiedenen Pulsparametern zu untersuchen. Dabei wird gezeigt, daß der Erholung des Plasmas zwischen den Pulsen und der Ionensättigungsstromdichte, die in bisherigen Arbeiten unbeachtet blieb, eine große Bedeutung für die PIII zukommen. Der zweite Teil der Arbeit befaßt sich mit Plasmarandschichten in der Nähe von zweidimensional strukturierten Targets. Als Simulationsverfahren kommt eine zweidimensionale Version des entwickelten hybriden PIC/MC-Verfahrens zur Anwendung. An einem Target, bestehend aus Doppelstegen mit dazwischen liegenden Gräben, wird erstmals eine Plasmarandschicht bei Anliegen des Floatingpotentials an dem Target simuliert. Dabei zeigt sich eine Verletzung des Bohmkriteriums, bei der die Ionen an der Schichtkante in einem Graben die Bohmgeschwindigkeit bereits weit überschritten haben. Als Ursache für dieses Verhalten kann die Auffächerung der Ionentrajektorien im Grabeninneren und die dadurch verursachte Divergenz des Ionenstroms identifiziert werden. Die fokussierende Wirkung der Kantenfelder und die Auffächerung der Ionentrajektorien in den Gräben verursachen starke Inhomogenitäten in der Stromdichteverteilung. Der lokale Aufschlagwinkel der Ionen auf dem Target zeigt sich ebenfalls sehr inhomogen verteilt. Während in allen bisher durchgeführten zweidimensionalen PIII-Simulationen immer homogene driftfreie Plasmaverteilungen benutzt wurden, wird in dieser Arbeit erstmals eine PIII-Simulation ausgehend von einer Floatingpotential-Randschicht durchgeführt. Dabei zeigen sich gegenüber bisherigen Simulationen große Unterschiede in der Implantationsstromdichte. Die simulierte Dosisverteilung der implantierten Ionen ist auf dem Target infolge der Kantenfelder wieder sehr inhomogen verteilt. Die Dynamik der Schicht und Vorschicht, die einen Übergang von einer zylindrischen Matrixschicht zu einer planaren Hochspannungsschicht zeigt, wird wieder erfolgreich durch ein analytisches Modell beschrieben. Die Potentialverteilung in der sich einstellenden stationären Hochspannungsschicht kann durch die Hinzunahme einer Stromdivergenz oder -konzentration in das modifizierte Child-Langmuir-Gesetz verstanden werden. Schließlich werden in mehreren Simulationen an verschiedenen zweidimensionalen Targets, die auf Floatingpotential liegen, die Eigenschaften des Plasmas hinsichtlich einer technischen Nutzung zur plasmaunterstützten Schichtabscheidung studiert.
We consider the problem of locating a line with respect to some existing facilities in 3-dimensional space, such that the sum of weighted distances between the line and the facilities is minimized. Measuring distance using the l_p norm is discussed, along with the special cases of Euclidean and rectangular norms. Heuristic solution procedures for finding a local minimum are outlined.
Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war die Etablierung von In-vitro-Testsystemen zur Erfassung hormoneller/antihormoneller Aktivität. Es gelang, vier neue, unterschiedliche In-vitro-Testsysteme zu etablieren und anhand bekannter Agonisten/Antagonisten zu validieren. Zunächst konnte ein Reportergenassay auf Basis des endogenen Reporters TRPM-2 aufgebaut werden. Für die Quantifizierung mittels kompetitiver RT-PCR wurde eine Deletionsmutante des zu amplifizierenden Gens als interner exogener Standard konstruiert. Dadurch wurden Untersuchungen von Testsubstanzen auf potentielle androgene/antiandrogene Aktivität in T-47D-Brustkrebszellen und auf estrogene/antiestrogene Aktivität in der Mammakarzinom-Zelllinie MCF-7 anhand eines einzigen Parameters ermöglicht. Analog zum TRPM-2-Assay wurde ein Testsystem zur kompetitiven Quantifizierung estrogenabhängiger pS2-Induktion in MCF-7-Zellen etabliert. Der TRPM-2-Assay in T-47D-Zellen wies mit den von Guth etablierten Transaktivierungsassays in COS-7- und T-47D-Luc-Zellen vergleichbare Sensitivität auf. Der von Guth etablierte Assay auf Basis des endogenen Reporters PSA erwies sich jedoch als deutlich präziser. Die weitergeführte Validierung des PSA-Assays zeigte andererseits aber deutlich geringere Selektivität gegenüber etablierten Antagonisten als in der Literatur beschrieben. (Guth, 2000; Rosenberg et al., 1998) In MCF-7-Zellen wurde für die endogenen Reporter TRPM-2 und pS2 mittels kompetitiver RT-PCR deutlich höhere Sensitivität erreicht als für bereits etablierte Assays. Ein Nachteil solcher endogener Reportergenassays auf RNA-Ebene ist die vergleichsweise aufwendige Versuchsdurchführung. in estrogensensitiven Transaktivierungsassays in Säugerzellen ermittelten, mitunter erhebliche Unterschiede. Im Hefe-Assay mit hER wurde beispielsweise für Daidzein keine estrogene, in niedrigen Konzentrationen dagegen antiestrogene Aktivität festgestellt. Für diese Differenzen werden säugerspezifische Mechanismen und Unterschiede bei der Fähigkeit zur Penetration der Zellwand diskutiert. (Dudley et al., 2000; Raun Andersen et al., 1999) In den von Guth etablierten Transaktivierungsassays (transienter Transaktivierungsassay in COS-7-Zellen, Transaktivierungsassay in stabilen T-47DLuc- Zellen) und dem endogenen PSA-Assay wurden in dieser Arbeit, ausgehend von zwei vorselektierten Leitstrukturen, die mittels online-Strukturdatenbank-Recherche identifizierten Benzophenon-Derivate Benzophenonimin, p,p'-Dimethylbenzophenon, Benzophenon-3,3',4,4'-tetracarbonsäuretetraundecylester (Selectophor() und Ketoprofen, die weiteren Pharmaka Imipramin und Ketoconazol, der natürliche Süßstoff aus Stevia rebaudiana Steviosid und sein Aglycon Steviol sowie 19- Nortestosteron und N-(2-Chlorethyl)-N-nitroso-carbamoyl-L-alanyl-17-nortestosteron (CNC-ala-NT, E173) auf potentielle androgene/antiandrogene Aktivität untersucht. (Guth, 2000) Um das Zusammenwirken estrogener Effekte von Verbindungen zu ermitteln, wurden Kombinationsexperimente im estrogensensitiven MCF-7-Luc-Reportergenassay durchgeführt. Ergebnisse aus Untersuchungen binärer Gemische repräsentativer Industriechemikalien bzw. dem Phytoestrogen Daidzein und dem physiologischen Hormon Estradiol zeigten rein additive Wirkungen. Insgesamt wurde mit dieser Arbeit ein Beitrag zur Identifizierung endokriner Disruptoren geleistet. Die in dieser Arbeit neu etablierte kompetitive RT-PCR auf endogene Reporter ermöglicht Untersuchungen früher Signale im natürlichen Hintergrund der Zelle. Bei der erweiterten Validierung des sensitiven PSA Assays jedoch wurde geringe Selektivität gegenüber etablierten Antagonisten festgestellt. Neue und bereits etablierte transgene Reportergenassays in Hefen und Säugerzellen ermöglichten effektive Untersuchungen potentiell hormonell aktiver Verbindungen. Die Anwendungsgebiete der sich ergänzenden Testsysteme liegen in der Charakterisierung möglicher toxikologisch relevanter Verbindungen wie auch in der Wirkstofffindung.
Ähnlich wie Data-Mining die Analyse strukturierter numerischer Daten bezeichnet, beschreibt der Begriff des Text-Mining eine Menge von Methoden zur (halb-) automatischen Auswertung großer Mengen natürlichsprachlicher Texte. Das Gebiet des Text Mining umfaßt vielfältige Methoden zur Extraktion von Informationen aus natürlichsprachlichen Texten. In diesem Gebiet bzw. in dem Forschungsgebiet der Namenserkennung und Namensklassifikation werden viele Algorithmen vorgestellt und dokumentiert. Bei diesen Namenerkennungssystemen, die Teile der sogenannten "Information-Extraction-Systems" sind, werden hauptsächlich zwei Ansätze verwendet und zwar der sogenannte "Knowledge-Engineering-Approach" und "Automatic-Training-Approach"
In the present work, we investigated how to correct the questionable normality, linear and quadratic assumptions underlying existing Value-at-Risk methodologies. In order to take also into account the skewness, the heavy tailedness and the stochastic feature of the volatility of the market values of financial instruments, the constant volatility hypothesis widely used by existing Value-at-Risk appproches has also been investigated and corrected and the tails of the financial returns distributions have been handled via Generalized Pareto or Extreme Value Distributions. Artificial Neural Networks have been combined by Extreme Value Theory in order to build consistent and nonparametric Value-at-Risk measures without the need to make any of the questionable assumption specified above. For that, either autoregressive models (AR-GARCH) have been used or the direct characterization of conditional quantiles due to Bassett, Koenker [1978] and Smith [1987]. In order to build consistent and nonparametric Value-at-Risk estimates, we have proved some new results extending White Artificial Neural Network denseness results to unbounded random variables and provide a generalisation of the Bernstein inequality, which is needed to establish the consistency of our new Value-at-Risk estimates. For an accurate estimation of the quantile of the unexpected returns, Generalized Pareto and Extreme Value Distributions have been used. The new Artificial Neural Networks denseness results enable to build consistent, asymptotically normal and nonparametric estimates of conditional means and stochastic volatilities. The denseness results uses the Sobolev metric space L^m (my) for some m >= 1 and some probability measure my and which holds for a certain subclass of square integrable functions. The Fourier transform, the new extension of the Bernstein inequality for unbounded random variables from stationary alpha-mixing processes combined with the new generalization of a result of White and Wooldrige [1990] have been the main tool to establich the extension of White's neural network denseness results. To illustrate the goodness and level of accuracy of the new denseness results, we were able to demonstrate the applicability of the new Value-at-Risk approaches by means of three examples with real financial data mainly from the banking sector traded on the Frankfort Stock Exchange.
We present a unified approach of several boundary conditions for lattice Boltzmann models. Its general framework is a generalization of previously introduced schemes such as the bounce-back rule, linear or quadratic interpolations, etc. The objectives are two fold: first to give theoretical tools to study the existing boundary conditions and their corresponding accuracy; secondly to design formally third- order accurate boundary conditions for general flows. Using these boundary conditions, Couette and Poiseuille flows are exact solution of the lattice Boltzmann models for a Reynolds number Re = 0 (Stokes limit). Numerical comparisons are given for Stokes flows in periodic arrays of spheres and cylinders, linear periodic array of cylinders between moving plates and for Navier-Stokes flows in periodic arrays of cylinders for Re < 200. These results show a significant improvement of the overall accuracy when using the linear interpolations instead of the bounce-back reflection (up to an order of magnitude on the hydrodynamics fields). Further improvement is achieved with the new multi-reflection boundary conditions, reaching a level of accuracy close to the quasi-analytical reference solutions, even for rather modest grid resolutions and few points in the narrowest channels. More important, the pressure and velocity fields in the vicinity of the obstacles are much smoother with multi-reflection than with the other boundary conditions. Finally the good stability of these schemes is highlighted by some simulations of moving obstacles: a cylinder between flat walls and a sphere in a cylinder.
Zur Zeit haben Industrieroboter nur eine sehr begrenzte Wahrnehmung ihrer Umwelt. Wenn sich Menschen im Arbeitsraum des Roboters aufhalten sind sie daher gefährdet. Durch eine Einteilung der möglichen Roboterbewegung in verschiedene Klassen kann gezeigt werden, dass die für einen Menschen im Arbeitsraum gefährlichste Bewegung die freie Transferbewegung ist. Daher besteht die betrachtete Aufgabe darin, diese Transferbewegung eines Manipulators durchzuführen, ohne mit dynamischen Hindernissen, wie zum Beispiel Menschen, zu kollidieren. Das SIMERO-System gliedert sich in die vier Hauptkomponenten Bildverarbeitung, Robotermodellierung, Kollisionserkennung und Bahnplanung. Diese Komponenten werden im einzelnen vorgestellt. Die Leistungsfähigkeit des Systems und die weiteren Verbesserungen werden an einem Versuch exemplarisch gezeigt.
This paper analyzes the problem of sensor-based colli-sion detection for an industrial robotic manipulator. A method to perform collision tests based on images taken from several stationary cameras in the work cell is pre-sented. The collision test works entirely based on the im-ages, and does not construct a representation of the Carte-sian space. It is shown how to perform a collision test for all possible robot configurations using only a single set of images taken simultaneously.
La Teoría de localización abarca las posibilidades, para que con la ayuda de modelos matemáticos se busquen localizaciones teniendo en cuenta que los intereses económicos y administrativos sean óptimos. Así por ejemplo se encuentra la mejor localización para el almacén central de una empresa, cuando la suma de los gastos de transporte y de almacenaje sean mínimos y cuando se utilice el almacén óptimo. Si por otro lado, la administración busca la localización de una nueva estación de bomberos o de un hospital, hay que tener en cuenta un importante criterio para la localización óptima y es que la distancia mayor no sobrepase un valor dado.
Dealing with problems from locational planning in schools can enrich the mathematical education. In this report we describe planar locational problems which can be used in mathematical lessons. The problems production of a semiconductor plate, design of a fire brigade building and the warehouse problem are from real-world. The problems are worked out detailed so that the usage for school lessons is possible.
Multiobjective combinatorial optimization problems have received increasing attention in recent years. Nevertheless, many algorithms are still restricted to the bicriteria case. In this paper we propose a new algorithm for computing all Pareto optimal solutions. Our algorithm is based on the notion of level sets and level curves and contains as a subproblem the determination of K best solutions for a single objective combinatorial optimization problem. We apply the method to the Multiobjective Quadratic Assignment Problem (MOQAP). We present two algorithms for ranking QAP solutions and nally give computational results comparing the methods.
While there exist closed-form solutions for vanilla options in the presence of stochastic volatility for nearly a decade, practitioners still depend on numerical methods - in particular the Finite Difference and Monte Carlo methods - in the case of double barrier options. It was only recently that Lipton proposed (semi-)analytical solutions for this special class of path-dependent options. Although he presents two different approaches to derive these solutions, he restricts himself in both cases to a less general model, namely one where the correlation and the interest rate differential are assumed to be zero. Naturally the question arises, if these methods are still applicable for the general stochastic volatility model without these restrictions. In this paper we show that such a generalization fails for both methods. We will explain why this is the case and discuss the consequences of our results.
Es handelt sich um den Aufbau des ersten Roboter-gestützten Systems zum Fräsen an der lateralen Schädelbasis. Durch Rückkopplung der Sensordaten lässt sich ein menschähnliches Fräsen nachahmen. Mehr noch: Es besteht die Möglichkeit der automatisierten Detektion der Dura mater durch Analyse der Standardabweichung der Kräfte, da die Dura mater dämpfend auf den Fräser wirkt. Mit dem Roboter ist es möglich, ein exaktes Implantatbett im Bereich der lateralen Schädelbasis auszufräsen.
To a network N(q) with determinant D(s;q) depending on a parameter vector q Î Rr via identification of some of its vertices, a network N^ (q) is assigned. The paper deals with procedures to find N^ (q), such that its determinant D^ (s;q) admits a factorization in the determinants of appropriate subnetworks, and with the estimation of the deviation of the zeros of D^ from the zeros of D. To solve the estimation problem state space methods are applied.
Spline functions that approximate (geostrophic) wind field or ocean circulation data are developed in a weighted Sobolev space setting on the (unit) sphere. Two problems are discussed in more detail: the modelling of the (geostrophic) wind field from (i)discrete scalar air pressure data and (ii) discrete vectorial velocity data. Domain decomposition methods based on the Schwarz alternating algorithm for positive definite symmetric matrices are described for solving large linear systems occuring in vectorial spline interpolation or smoothing of geostrophic flow.
This survey paper deals with multiresolution analysis from geodetically relevant data and its numerical realization for functions harmonic outside a (Bjerhammar) sphere inside the Earth. Harmonic wavelets are introduced within a suit- able framework of a Sobolev-like Hilbert space. Scaling functions and wavelets are defined by means of convolutions. A pyramid scheme provides efficient implementation und economical computation. Essential tools are the multiplicative Schwarz alternating algorithm (providing domain decomposition procedures) and fast multipole techniques (accelerating iterative solvers of linear systems).
Die Bestimmung des Erdgravitationspotentials aus den Meßdaten des Forschungssatelliten CHAMP lässt sich als Operatorgleichung formulieren (SST-Problem). Dieser Ansatz geht davon aus, dass ein geometrischer Orbit des Satelliten CHAMP vorliegt. Mittels numerischer Differentiation unter Einsatz eines geeigneten Denoising Verfahrens kann dann aus dem geometrischen Orbit der Gradient des Potentials längs der Bahn bestimmt werden. Damit sind insbesondere die Radialableitung (und der Flächengradient) auf einem Punktgitter auf der Bahn bekannt. In einem erdfesten System stellt sich dies als eine nahezu vollständige Überdeckung der Erde (bis auf Polar Gaps) mit einem ziemlich dichten Datengitter auf Flughöhe des Satelliten dar. Die Lösung der SST-Operatorgleichung (Bestimmung des Potentials auf der Erdoberfläche aus Kenntnis der Radialableitung auf einem Datengitter auf Flughöhe) ist ein schlecht gestelltes inverses Problem, das mit einer geeigneten Regularisierungstechnik gelöst werden muß. Im vorliegenden Fall wurde eine solche Regularisierung mit Hilfe von nicht-bandlimitierten Regularisierungsskalierungsfunktionen und Regularisierungswavelets umgesetzt. Diese sind stark ortslokalisierend und führen daher auf ein Potentialmodell, welches eine Linearkombination stark ortslokalisierender Funktionen ist. Ein solches Modell kann als Lokalmodell auch aus nur lokalen Daten berechnet werden und bietet daher gegenüber Kugelfunktionsmodellen wie EGM96 erhebliche Vorteile für die moderne Geopotentialbestimmung. Die Diskretisierung und numerische Umsetzung der Berechnung eines solchen Modells erfolgt mit Splines, die hier ebenfalls Linearkombinationen stark ortslokalisierender Funktionen sind. Die großen linearen Gleichungssysteme, die zur Berechnung der glättenden oder interpolierenden Splines gelöst werden müssen, können auf schnelle und effiziente Weise mit dem Schwarzschen alternierenden Algorithmus in Verbindung mit schnellen Summationsverfahren (Fast Multipole Methods) gelöst werden. Eine Kombination des Schwarzschen alternierenden Algorithmus mit solchen schnellen Summationsverfahren ermöglicht eine weitere erhebliche Beschleunigung beim Lösen dieser Gleichungssysteme. Zur Bestimmung von Glättungsparametern (Spline-Smoothing) und Regularisierungsparametern kann die L-Curve Method zum Einsatz kommen.
Die Einmischung von Altgummipartikeln aus zerkleinerten Altreifen in Thermoplast-,
Elastomer- und Duromer-Matrizes im Sinne einer stofflichen Wiederverwertung führt
zu erheblichen Eigenschaftsverschlechterungen der altgummipartikelmodifizierten
Polymerblends. Vor diesem Hintergrund gewinnt die Modifizierung der Altgummipartikel
für eine Verbesserung der Verträglichkeit mit den Matrixmaterialien
zunehmend an Bedeutung.
Zur Modifizierung der Altgummipartikel wurden photochemische Pfropfungsreaktionen
mit Glycidylmethacrylat (GMA) und Methacrylsäure (MAA) nach einem
radikalischen Polymerisationsmechanismus durchgeführt.
Um Altgummipartikel erfolgreich chemisch modifizieren zu können, ist ein fundiertes
Wissen über die entscheidenden Parameter des Pfropfungsprozesses erforderlich.
So haben beispielsweise die Art und Konzentration der Pfropfungschemikalien wie
Monomer und Photoinitiator, die Art des Spülgases, die Temperatur sowie die
Bestrahlungszeit einen entscheidenden Einfluss auf das Pfropfungsergebnis. Der
Nachweis der Oberflächenmodifizierung erfolgte mit Hilfe chemischer Analytikmethoden
sowie mittels Kontaktwinkelmessungen.
Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der Herstellung von altgummipartikelmodifizierten
Thermoplast-, Duromer- und Elastomer-Blends. Polyamid-6
(PA-6) und Polybutylenterephthalat (PBT) wurden als thermoplastische Matrixmaterialien
ausgewählt. Als Vertreter der Duromere wurde beispielhaft ein
Vinylester-Urethan-Hybridharz (VEUH) angewendet und als elastomeres
Matrixmaterial kam ein Polyurethan-Gießelastomer (PUR) zur Anwendung.
Bei höheren Gummipartikel-Konzentrationen zeigte sich, dass durch die Pfropfung
die Verträglichkeit zwischen Gummipartikeln und den o. g. Matrixmaterialien verbessert
wurde. Die Modifizierung von PA-6 und VEUH mit feinverteilten
Gummipartikeln bewirkte bei geringfügigen Einbußen an Festigkeit und Steifigkeit
deutliche Zähigkeitssteigerungen. Dieser Effekt war bei den GMA modifizierten
Gummipartikeln stärker ausgeprägt.
Bei der Anwendung von 10 Gew.% MAA gepfropften Gummipartikeln in PURElastomeren
konnten sehr gute mechanische Kennwerte erzielt werden. Damit
stellen altgummipartikelmodifizierte PUR-Blends eine interessante Recyclingoption für Altreifen und Altgummiabfälle dar.
Optisches On-line-Verfahren zur Trockengewichtsbestimmung bei Fermentationen von filamentösen Pilzen
(2002)
In der vorgelegten Arbeit wurde eine neue Technik untersucht, mit deren Hilfe das Myzeltrockengewicht bei Fermentationen von filamentösen Pilzen im On-line-Verfahren über optische Messungen bestimmt werden kann. Das Verfahren beruht auf der Messung der Lichtstreuung resp. der diffusen Reflexion des Myzels in einem Fermenter. Eine theoretische Beschreibung der diffusen Reflexion resp. der Lichtstreuung großer und völlig unregelmäßiger Partikel, wie man sie bei den filamentösen Pilzen findet, kann im Augenblick nicht gegeben werden. Aus diesem Grund muss für die Anwendung das Verfahren über empirische Befunde abgesichert werden. Um externe Eichkurven erstellen zu können, wurde ein Probengefäß von der Form eines "Hornes" resp. der Form einer klassischen Lichtfalle und ein Rührsystem für die Off-line-Messungen entwickelt, in dem die Fehler der Eichmessungen durch die Reflexionen von den Glaswänden des Probengefäßes und des Rührsystems stark reduziert werden. Die Verfälschung der Intensität der Reflexion und der Lichtstreuung konnte dabei um den Faktor 62 vermindert werden. d.h. der Fehler bei kleinen Teilchenkonzentrationen wurde dadurch reproduzierbar um mehr als 100 % verringert. Die Einsatztauglichkeit des entwickelten Probengefäßes und des Rührsystems wurde mit Streulichtmessungen an Polystyrolteilchen der Firmen Duke Scientific Corporation und BASF mit einer den Pellets ähnlichen Größe überprüft. Für die Interpretation der gemessenen Intensitätstkurven ergab sich der wichtige Befund, dass bei diesen Polystyrolteilchen keine wesentliche Wellenlängenabhängigkeit der Streulichtintensität gefunden wurde. Es wurden sieben verschiedenen filamentöse Pilze mit der entwickelten Streulicht/diffusen Reflexionsmethode untersucht, um deren Verwendbarkeit zur Trockengewichtsbestimmungsmethode abzusichern. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass eine On-line-Trockengewichtsbestimmung bei Fermentationen von filamentösen Pilzen über Streulichtintensitäten/diffuse Reflexionsintensitäten möglich ist. Diese Methode ist nur anwendbar, wenn die Intensitätsveränderungen des Anregungslichtes sich während der Fermentation nicht wesentlich ändert, d.h. innerhalb der Fehler der Methode liegt. In einer Arbeit von Koch wurde bei Bakterien gezeigt, dass die Streulichtintensität proportional zum Volumen der Bakterien und nicht zur Bakterienanzahl ist. Die Analyse der Pelletgrößenverteilungen bei filamentösen Pilzen hat auch gezeigt, dass die Streulichtintensität proportional zum Myzeltrockengewicht unabhängig von der vorliegenden Größenverteilung ist. Trotz dieser Befunde bleiben die Ursachen der Intensitätsveränderungen bei der Fermentationen von verschiedenen Pilzen, d.h. die unterschiedlichen Steigungen im linearen Zusammenhang zwischen Myzeltrockengewicht und Intensität, ungeklärt.
Lattice Boltzmann Model for Free-Surface flow and Its Application to Filling Process in Casting
(2002)
A generalized lattice Boltzmann model to simulate free-surface is constructed in both two and three dimensions. The proposed model satisfies the interfacial boundary conditions accurately. A distinctive feature of the model is that the collision processes is carried out only on the points occupied partially or fully by the fluid. To maintain a sharp interfacial front, the method includes an anti-diffusion algorithm. The unknown distribution functions at the interfacial region are constructed according to the first order Chapman-Enskog analysis. The interfacial boundary conditions are satisfied exactly by the coefficients in the Chapman-Enskog expansion. The distribution functions are naturally expressed in the local interfacial coordinates. The macroscopic quantities at the interface are extracted from the least-square solutions of a locally linearized system obtained from the known distribution functions. The proposed method does not require any geometric front construction and is robust for any interfacial topology. Simulation results of realistic filling process are presented: rectangular cavity in two dimensions and Hammer box, Campbell box, Sheffield box, and Motorblock in three dimensions. To enhance the stability at high Reynolds numbers, various upwind-type schemes are developed. Free-slip and no-slip boundary conditions are also discussed.
The dissertation is concerned with the numerical solution of Fokker-Planck equations in high dimensions arising in the study of dynamics of polymeric liquids. Traditional methods based on tensor product structure are not applicable in high dimensions for the number of nodes required to yield a fixed accuracy increases exponentially with the dimension; a phenomenon often referred to as the curse of dimension. Particle methods or finite point set methods are known to break the curse of dimension. The Monte Carlo method (MCM) applied to such problems are 1/sqrt(N) accurate, where N is the cardinality of the point set considered, independent of the dimension. Deterministic version of the Monte Carlo method called the quasi Monte Carlo method (QMC) are quite effective in integration problems and accuracy of the order of 1/N can be achieved, up to a logarithmic factor. However, such a replacement cannot be carried over to particle simulations due to the correlation among the quasi-random points. The method proposed by Lecot (C.Lecot and F.E.Khettabi, Quasi-Monte Carlo simulation of diffusion, Journal of Complexity, 15 (1999), pp.342-359) is the only known QMC approach, but it not only leads to large particle numbers but also the proven order of convergence is 1/N^(2s) in dimension s. We modify the method presented there, in such a way that the new method works with reasonable particle numbers even in high dimensions and has better order of convergence. Though the provable order of convergence is 1/sqrt(N), the results show less variance and thus the proposed method still slightly outperforms standard MCM.
In der vorliegenden Arbeit wurden Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte ternärer Systeme Polyelektrolyt / ungeladenes Polymer / Wasser experimentell bei 25°C und 50°C bestimmt und modelliert. Bei den experimentellen Untersuchungen wurden die Trübungskurven zwischen ein- und zweiphasigen Zuständen und - für ausgewählte Systeme und Konoden - die Zusammensetzung der koexistierenden Phasen bestimmt. Zu diesem Zweck wurde eine einfache Methode entwickelt, die lediglich die Kenntnis der Trübungskurve (als Näherung für die Phasengrenzkurve) und des Wassergehalts (bestimmt durch Gefriertrocknung) erfordert. Zur Kontrolle wurde für ausgewählte Konoden auch stichprobenartig die Konzentration einer weiteren Komponente gemessen. Konsistenztests (Massenbilanzen) zeigen, dass dieses Vorgehen zuverlässige Ergebnisse liefert. Es wurden die Polyelektrolyte Poly(natriumacrylat) (zwei Chargen mit unterschiedlicher Molmasse), Poly(ammoniumacrylat) (drei Molmassen), Poly(natriummethacrylat) (zwei Molmassen), Poly(natriumethensulfonat) (zwei Molmassen), Poly(natriumstyrolsulfonat) (eine Molmasse), Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) (zwei Molmassen) in Kombination mit den ungeladenen Polymeren Poly(ethylenglykol) (bzw. Poly(ethylenoxid), je zwei Chargen mit zwei unterschiedlichen Molmassen) und Poly(vinylpyrrolidon) (zwei Molmassen) verwendet. Insgesamt wurde für fast 90 Systeme der Verlauf der Trübungskurve und für über 60 Systeme die Zusammensetzung der koexistierenden Phasen bestimmt. In fast allen Fällen findet man ein Flüssig-Flüssig-Gleichgewicht mit einer wässrigen, an ungeladenem Polymer angereicherten Phase, die nur wenig Polyelektrolyt enthält, und einer wässrigen, polyelektrolytreichen Phase, in der praktisch kein ungeladenes Polymer gelöst ist. Die Phasentrennung tritt bereits ab einem Gesamtpolymergehalt von etwa 10 bis 15 Massen-% auf, d. h. die Polymere sind stark inkompatibel. Die Molmasse der Polymere hat keinen grossen Einfluss auf das Flüssig-Flüssig-Gleichgewicht, in der Regel verschiebt sich bei praktisch gleicher Steigung der Konoden im Zweiphasengebiet bei Erhöhung der Molmasse die Mischungslücke geringfügig in die Wasserecke des Dreiecksdiagramms. Eine Erhöhung der Temperatur bewirkt ebenfalls eine geringfügige Verschiebung der Trübungskurve in die gleiche Richtung. Die Steigung der Konoden wird dabei jedoch deutlich verändert. Damit wurde eine zuverlässige Datenbasis geschaffen, auf deren Grundlage das Phasenverhalten in ternären Systemen Polyelektrolyt / ungeladenes Polymer / Wasser modelliert werden kann. Die experimentellen Daten wurden mit einem neuen Modell korreliert. Bei diesem Modell handelt es sich um eine Modifikation des VERS-Modells von Grossmann [44, 67] - ein GE-Modell auf Gruppenbeitragsbasis, das in der Struktur der Virialgleichung von Pitzer [68] zur Beschreibung von Elektrolytlösungen nachempfunden ist - bei dem die unvollständige Dissoziation des Polyelektrolyten über ein Dissoziationsgleichgewicht berücksichtigt wird. Die Dissoziation wird auf Monomerbasis betrachtet. Einflüsse der Konfiguration des Polyelektrolyten auf das Phasenverhalten werden vernachlässigt. Unter Berücksichtigung mehrerer Annahmen wurde die Anzahl der an die Messwerte anzupassenden Parameter auf drei binäre Wechselwirkungsparameter und die Gleichgewichtskonstante der Dissoziationsreaktion reduziert. Ein Wechselwirkungsparameter bzw. ein Wechselwirkungsparameter und die Gleichgewichtskonstante der Dissoziation werden an die Ergebnisse isopiestischer Messungen in den binären Randsystemen ungeladenes Polymer / Wasser bzw. Polyelektrolyt / Wasser angepasst, der Parameter für Wechselwirkungen zwischen den Gruppen des Polyelektrolyten und des ungeladenen Polymers wurde an die experimentellen Ergebnisse des Flüssig-Flüssig-Gleichgewichts angepasst. Mit diesem Modell kann das Flüssig-Flüssig-Gleichgewicht bei 25°C in der Regel im Rahmen der experimentellen Genauigkeit korreliert werden, in einigen Systemen gelingt auch die quantitative Vorhersage des (geringen) Einflusses der Molmasse auf das Phasenverhalten. Mangels isopiestischer Daten in den binären Randsystemen bei 50°C konnte keine Korrelation für diese Temperatur vorgenommen werden. Eine technische Anwendung der Ergebnisse z. B. für die Aufkonzentrierung von Polyelektrolyten ist in den untersuchten Systemen allenfalls in einer flüssigen Phase zu bewerkstelligen. Allerdings war die Anreicherung relativ gering. Abhilfe könnte die weitere Verringerung der Temperatur bringen, wobei jedoch die stark zunehmende Viskosität der Polymerlösung zu beachten ist. Eine weitere Alternative bietet die Zugabe niedermolekularer Salze, die einen starken Einfluss auf die Ausdehnung der Flüssig-Flüssig-Mischungslücke besitzen. Diese Untersuchungen bleiben weiterführenden Arbeiten vorbehalten.
In the present paper a kinetic model for vehicular traffic leading to multivalued fundamental diagrams is developed and investigated in detail. For this model phase transitions can appear depending on the local density and velocity of the flow. A derivation of associated macroscopic traffic equations from the kinetic equation is given. Moreover, numerical experiments show the appearance of stop and go waves for highway traffic with a bottleneck.
Das erste Ziel dieser Arbeit war es, Verbindungen aus imperfekten Pilzen zu selektieren und zu isolieren, die ueber die Hemmung des JAK2-STAT-1alpha-Signalweges die Induktion der iNOS-Expression in humanen A549/8-Zellen, humanen Lungen-Alveolarepithel-Karzinom-Zellen, negativ beeinflussen. Es konnten drei Verbindungen aus unterschiedlichen Penicillium-Staemmen isoliert werden, die durch Reportergen-Analysen betreffend der Wirkung der Rohfermentationsprodukte auf die iNOS-, eNOS-Promotor-Aktivitaet sowie der STAT-1alpha-abhaengigen Promotor-Aktivitaet selektiert wurden. Die Substanzen Sporogen-A01, S-Curvularin sowie S14-95 zeigten in den Reportergen-Analysen aehnliche Aktivitaeten, die sich nur in der Potenz unterschieden. Waehrend Sporogen-A01 und S-Curvularin eine, wenn auch konzentrationsunabhaengige, Hemmung auf die NF-kappaB-abhaengige Promotor-Aktivitaet in HeLa-S3-Zellen zeigten, so ergab sich fuer S14-95 kein Einfluss auf diesen Signaltransduktionsweg. Bei S14-95 scheint es sich um eine spezifisch die IFN-gamma-abhaengigen Wege der transkriptionellen Aktivierung der iNOS hemmende Verbindung zu handeln. Die Effekte dieser Substanz auf den humanen TNF-alpha-Promotor liegen wie auch fuer S-Curvularin bei 80% Hemmung und auch der humane COX-2-Promotor wurde durch alle drei Substanzen in Reportergen-Analysen stark gehemmt. In A549/8-Zellen zeigten die Substanzen keine (S14-95 und S-Curvularin) oder lediglich geringe (Sporogen-A01) Wirkung auf die Zellproliferation. Die Verbindungen stellen wichtige Strukturen dar, die bei der pharmakologischen Unterdrueckung der NO-Produktion in pathophysiologischen Situationen eine Rolle spielen koennten. Im zweiten Teil wurde in humanen DLD1-Zellen, Kolon-Adenokarzinom-Zellen, und A549/8-Zellen die Regulation der iNOS-Expression durch kleine G-Proteine der Rho-Familie, die bekanntermassen in den Signaltransduktionsweg von Cytokinen involviert sind, untersucht. Atorvastatin und Lovastatin (HMG-CoA-Reduktase-Hemmer), die Ras- und Rho-Proteine gleichermassen indirekt hemmen, indem sie ihre essentielle Membranverankerung verhindern, erhoehten die Cytokin-induzierte NO-Produktion und iNOS-mRNA-Expression in den untersuchten humanen Zellen auf das 2 bis 4-fache, ohne jedoch selbst die Expression der iNOS induzieren zu koennen. DLD1- und AKN1-Zellen, die stabil mit einem 16kb-Fragment des humanen iNOS-Promotors vor einem Luziferase-Reportergen transfiziert worden waren, zeigten in Gegenwart von Atorvastatin oder Lovastatin eine mehr als 2,5-fache Steigerung der Cytokin-induzierten Luziferaseaktivitaet, was fuer eine erhoehte Transkriptionsrate als Ursache der erhoehten iNOS-mRNA-Spiegel spricht. In A549/8piNOS(16)Luc-Zellen erhoehten die beiden Statine die Luziferaseaktivitaet dagegen in einem weitaus geringerem Masse, so dass in diesen Zellen eine Beteiligung posttranskriptioneller Mechanismen, im Sinne einer erhoehten iNOS-mRNA-Stabilitaet, anzunehmen ist. Die beobachtete Statin-vermittelte Verstaerkung der Cytokin-induzierten iNOS-mRNA-Expression und iNOS-Promotoraktivitaet konnte durch Substitution von Mevalonat und Geranylgeranylpyrophosphat wieder vollstaendig aufgehoben werden, waehrend die Koinkubation mit FPP nur eine geringfuegige Reduktion zur Folge hatte. Die Superinduktion war somit das Ergebnis einer spezifischen Hemmung der HMG-CoA-Reduktase und beruhte auf der Hemmung posttranslational geranylgeranylierter Proteine. Vor dem Hintergrund, dass die kleinen G-Proteine der Rho-Familie vorwiegend geranylgeranyliert und die der Ras-Familie hauptsaechlich farnesyliert werden, scheint die Cytokin-induzierte iNOS-Expression durch Rho-Proteine negativ reguliert zu werden. Diese Hypothese konnte dadurch verifiziert werden, dass auch Clostridium difficile Toxin B - das durch UDP-Glucosylierung saemtliche Rho-Proteine (Rho, Rac, Cdc42) direkt inaktiviert, Ras-Proteine jedoch unbeeinflusst laesst - die Cytokin-induzierte iNOS-mRNA-Expression in den humanen Zellen auf mehr als das Dreifache zu steigern vermochte.
We study high dimensional integration in the quantum model of computation. We develop quantum algorithms for integration of functions from Sobolev classes \(W^r_p [0,1]^d\) and analyze their convergence rates. We also prove lower bounds which show that the proposed algorithms are, in many cases, optimal within the setting of quantum computing. This extends recent results of Novak on integration of functions from Hölder classes.
Scheduling and location models are often used to tackle problems in production, logistics, and supply chain management. Instead of treating these models independent of each other, as is usually done in the literature, we consider in this paper an integrated model in which the locations of machines define release times for jobs. Polynomial solution algorithms are presented for single machine problems in which the scheduling part can be solved by the earliest release time rule.
Die Domäne der Operationsroboter liegt heute in Fräsarbeiten an knöchernen Strukturen. Da Roboter über eine extreme Präzision verfügen und nicht ermüden bietet sich ihr Einsatz ins-besondere bei langwierigen und zugleich hochpräzisen Fräsvorgängen im Bereich der later-alen Schädelbasis an. Aus diesem Grunde wurde ein Verfahren entwickelt, welches aus einer geometrischen Beschreibung des Implantates eine geeignete Fräsbahn errechnet und eine kraftgeregelte Prozesskontrolle des Fräsvorganges implementiert. Mit einem 6*achsigen Knickarmroboter erfolgten die Untersuchungen primär an Tierpräparaten und zur Optimierung an Felsenbeinpräparaten.
Die Domäne der Operationsroboter liegt heute in Fräsarbeiten an knöchernen Strukturen. Da Roboter über eine extreme Präzision verfügen und nicht ermüden bietet sich ihr Einsatz ins-besondere bei langwierigen und zugleich hochpräzisen Fräsvorgängen im Bereich der lateralen Schädelbasis an. Aus diesem Grunde wurde ein Verfahren entwickelt, welches aus einer geometrischen Beschreibung des Implantates eine geeignete Fräsbahn errechnet und eine kraftgeregelte Prozesskontrolle des Fräsvorganges implementiert. Mit einem 6*achsigen Knickarmroboter erfolgten die Untersuchungen primär an Tierpräparaten und zur Optimierung an Felsenbeinpräparaten.
Annual Report 2001
(2002)
In dem empirischen Forschungsprojekt werden Empfehlungen für die Gestaltung der Schnittstelle ÖPNV - CarSharing in der Kombinierten Mobilität gegeben. Im Rahmen von Modellprojekten in Mannheim und Aachen wurden der Annahmeprozess, das Mobilitätsverhalten und die Kundenzufriedenheit untersucht, um Effekte und Erfolgsfaktoren Kombinierter Angebote zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigen, dass alle Beteiligten von der Zusammenarbeit profitieren. Der ÖPNV kann durch CarSharing vorhandene Kunden binden und neue Kundengruppen ansprechen. Bekanntheitsgrad und Kundenzahlen von CarSharing können gesteigert werden. CarSharing eignet sich als den ÖPNV ergänzendes Verkehrsmittel. Aufgabenträger und Verkehrsunternehmen müssen eine aktive Rolle in der Kooperation übernehmen und CarSharing in das ÖV-Angebot integrieren. Mit der Erweiterung des Umweltverbundes um die 4. Säule CarSharing und einer konsequenten Vernetzung der Verkehrsmittel wird ein wesentlicher Beitrag für einen umwelt- und umfeldverträglichen Stadtverkehr geleistet. Gleichzeitig wird der ÖPNV durch den innovativen Baustein CarSharing attraktiver.
Wesentliches Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Umwandlung des Akarizids Dicofol zu Dichlorbenzophenon (DCBP). Literaturhinweise führten zu dem begründeten Verdacht, dass keine metabolische Transformation, sondern ein UV-Licht- bzw. alkali-induzierter Zerfall der Substanz stattfindet. Diese Hypothese wurde durch Inkubation von aktiven und inaktivierten Lebermikrosomen mit Dicofol bestätigt. Sowohl in Gegenwart aktiver und inaktivierter Mikrosomen, als auch in Ansätzen ohne Mikrosomen wurden nahezu vergleichbare Mengen an gebildetem DCBP beobachtet. Eine Erhöhung der Inkubationstemperatur führte anschliessend zu einer Verstärkung der DCBP-Bildung. Die in dieser Arbeit bestimmte Aktivierungsenergie der Degradation von Dicofol zu DCBP in Gegenwart aktiver Mikrosomen stimmt mit der Aktivierungsenergie derselben Reaktion in wässriger Umgebung überein. Der Abbau von Dicofol zu DCBP ist wahrscheinlich auch im Organismus ein nicht-enzymatisch katalysierter Prozess. Im Anschluss wurde die UV-Licht-induzierte Reaktion von Dicofol zu DCBP untersucht. Es wurde festgestellt, dass mit steigender Strahlungsdosis eine Verstärkung der DCBP-Bildung einhergeht, die in unpolaren Lösungsmitteln deutlich ausgeprägter ist als in polaren Lösungsmitteln. Es ist daher davon auszugehen, dass auch auf der wachsartigen, lipophilen Oberfläche von Zitrusfrüchten eine Umsetzung von Dicofol zu DCBP stattfindet. Die Abbaubarkeit von Dicofol in wässrigen Medien wurde durch Inkubation von Dicofol in methanolischen Lösungen unterschiedlichen Hydroxidionenkonzentrationen untersucht. Die Umsatzrate der Degradation stieg dabei mit zunehmender Hydroxidionenkonzentration und zunehmender Inkubationsdauer an. Die alkali-induzierte Reaktion wird wahrscheinlich durch Deprotonierung von Dicofol eingeleitet. Im Anschluss werden in der Literatur als mögliche Reaktionsmechanismen entweder eine Eliminierung von Chloroform unter DCBP-Bildung oder die Bildung eines 2,2-Dichlor-3,3-bis-(p-chlorphenyl)-oxirans diskutiert, aus dem DCBP und Dichlorcarben entstehen. In orientierenden Versuchen wurde Chloroform durch Headspace-GC annähernd äquimolar zur eingesetzten Dicofolmenge nachgewiesen, was auf ersteren Reaktionsmechanismus hindeutet. Bei der Untersuchung von Dicofol, DCBP und DCBH auf androgene bzw. antiandrogene Aktivität im Hefe-AR-Testsystem wurde nur DCBP eindeutig als antiandrogen aktiv erkannt. Die eingesetzten Hefezellen reagierten mit Anzeichen erheblicher Toxizität auf hohe Dicofol- bzw. DCBH-Konzentrationen, was eine Beurteilung ihrer antiandrogene Aktivität in diesem Testsystem erschwert. Die beobachtete antiandrogene Aktivität von Dicofol im transienten Transaktivierungssystem (COS-AR-Luc) beruht wahrscheinlich zum grössten Teil auf der alkali-induzierten Degradation von Dicofol zu DCBP im Inkubationsmedium. Die antiandrogene Aktivität von DCBH könnte auf die Oxidation von DCBH zu DCBP durch Luftsauerstoff oder auf enzymatische Katalyse zurückgeführt werden. Dicofol, DCBP und DCBH zeigten in der Mammakarzinomzelllinie MCF-7-Luc keine estrogene Aktivität. Auch Hefe-ER-Zellen reagierten auf die Exposition mit Dicofol und DCBH mit Anzeichen starker Toxizität. Die dargestellten Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die Reduktion der Alligatorpopulation des Lake Apopka nach Kontamination mit Dicofol und DDT nicht ausschliesslich auf estrogene Aktivität von DDT bzw. antiandrogene Aktivität von DDE zurückzuführen ist. Das aus Dicofol gebildete DCBP könnte einen wesentlichen Beitrag geleistet haben. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Einfluss des Metabolismus auf die antiandrogene Aktivität des Phenylharnstoffherbizids Linuron (N-3,4-Dichlorphenyl-N'-methoxy-N'-methyl-harnstoff). Linuron wird durch Abspaltung der N'-Substituenten und Auflösung der Harnstoffstruktur zu 3,4-Dichloranilin (DCA) abgebaut. Die Linuronmetabolite N-3,4-Dichlorphenyl-harnstoff (Linuron M1) und DCA waren in den eingesetzten Testsystemen weder androgen noch antiandrogen aktiv. Linuron und der primäre gebildete Metabolit N-3,4-Dichlorphenyl-N'-methyl-harnstoff (Linuron M2) zeigten keine androgene, aber antiandrogene Aktivität. Der Metabolit Linuron M2 zeigte im stabil transfizierten Hefe-AR-System mit Linuron vergleichbare Aktivität, schien aber im COS-AR-Luc-System etwas stärker antiandrogen aktiv zu sein. Im Zuge des metabolischen Abbaus von Linuron kommt es zu einer Inaktivierung hinsichtlich antiandrogener Aktivität. Da die Metabolisierung insgesamt jedoch langsam abläuft und der primär gebildete Metabolit Linuron M2 starke antiandrogene Aktivität zeigt, kann aufgrund der vorliegenden Daten eine Gefährdung exponierter Organismen nicht ausgeschlossen werden. Des Weiteren sollte die endokrine Aktivität von Xanthohumol, dem prenylierten Hauptchalcon des Hopfens, untersucht werden. Xanthohumol zeigte keine estrogene aber starke antiestrogene Aktivität im Hefe-ER-System. Es wurde keine androgene, aber antiandrogene Aktivität in den Testsystemen COS-AR-Luc und Hefe-AR beobachtet. Der Einsatz von Hopfen als Nahrungsergänzungsmittel sollte insbesondere wegen möglicher hoher Exposition mit Xanthohumol und dem potenten Estrogen 8-Prenylnaringenin kritisch auf potentielle endokrine Effekte in vivo überprüft werden. Mit der Untersuchung von Xanthohumol sollte auch festgestellt werden, ob die Einführung einer Vinylbindung zwischen Ketofunktion und Phenylrest in die Diarylketonstruktur Einfluss auf die antiandrogene Aktivität hat. Legt man die vorliegenden Ergebnisse zu Grunde, hat diese Strukturänderung keinen Einfluss. Dies sollte aber in nachfolgenden Untersuchungen mit geeigneten Substanzen weiter geprüft werden.
Untersuchungen zur Struktur und Funktion der lecithinabhängigen (R)-3-Hydroxybutyrat Dehydrogenase
(2002)
-Erste Differenzierung zwischen zwei Molekülmodellen. Welches dieser beiden Modelle beschreibt die strukturellen Besonderheiten der BDH besser? Dies wurde mit Hilfe von ESR und Fluoreszenz durchgeführt. Abstandsbestimmungen wurden mittels ESR-Simulationen durchgeführt. -Vergleich von BDH aus menschlichem Herz und Rinderherz. -Untersuchnugen zur C-terminalen Domäne.
Virtual Robot Programming for Deformable Linear Objects: System concept and Prototype Implementation
(2002)
In this paper we present a method and system for robot programming using virtual reality techniques. The proposed method allows intuitive teaching of a manipulation task with haptic feedback in a graphical simulation system. Based on earlier work, our system allows even an operator who lacks specialized knowledge of robotics to automatically generate a robust sensor-based robot program that is ready to execute on different robots, merely by demonstrating the task in virtual reality.
In this paper we consider short term storage systems. We analyze presorting strategies to improve the effiency of these storage systems. The presorting task is called Batch PreSorting Problem (BPSP). The BPSP is a variation of an assigment problem, i.e., it has an assigment problem kernel and some additional constraints. We present different types of these presorting problems, introduce mathematical programming formulations and prove the NP-completeness for one type of the BPSP. Experiments are carried out in order to compare the different model formulations and to investigate the behavior of these models.
Reinigungsleistung von zentralen Anlagen zur Behandlung von Abflüssen stark befahrener Straßen
(2002)
Abflüsse von stark befahrenen Straßen sind mit Schwermetallen, PAK und MKW belastet. Bei zentraler Einleitung in ein empfindliches Gewässer ist nach dem ATV-DVWK Merkblatt 153 eine Behandlung mit Sedimentationsbecken (RiStWag-Abscheidern) bzw. Retentionsbodenfiltern erforderlich. Die Reinigungsleistung dieser Anlagentypen wird an halbtechnischen Bodenfiltern (Lysimetern) und an großtechnischen Sedimentationsbecken untersucht. Dabei wird auch ein hydraulisch schwach belastetes Regenrückhaltebecken mit Dauerstau untersucht, das als übliche Behandlungsmaßnahme an Straßen anzusehen ist. Bei den halbtechnischen Bodenfiltern wird eine deutliche Reinigungsleistung gegenüber partikulären und gelösten Schwermetallen festgestellt, wobei für adsorptionsschwache Substrate der Rückhalt an gelösten Schwermetallen deutlich geringer ist. Für Chlorid bzw. Phosphat wird keine bzw. nur eine geringfügige Reinigungsleistung erzielt. Die PAK werden durch die Filtration gut zurückgehalten. Ein vollständiger Rückhalt gegenüber AFS erfolgt nicht. Hier kommt es zu einem partikulären Transport durch den Filter bzw. zu einem Austrag aus dem Filteraufbau. Bei den Sedimentationsbecken werden beim RiStWag-Abscheider geringe Wirkungsgrade festgestellt. Bei AFS führen die Ereignisse mit der höchsten Oberflächenbeschickung zu einem hohen Frachtaustrag und somit zu einem geringen Gesamtwirkungsgrad. Das Regenrückhaltebecken mit Dauerstau weist überwiegend eine hohe Reinigungsleistung auf. Ursache sind die langen Aufenthaltszeiten, die von der Abfolge der Niederschlagsereignisse abhängig sind. Die im Vergleich zu den Retentionsbodenfilteranlagen praktisch gleich gute Bewertung der RiStWag-Abscheider als Behandlungsmaßnahme für Straßenabflüsse nach dem ATV-DVWK Merkblatt 153 kann mit dieser Untersuchung nicht bestätigt werden. Hier sollte eine Anpassung des Merkblattes erfolgen. Ebenfalls sollten Sedimentationsanlagen mit geringer hydraulischer Belastung als Behandlungsanlage mit aufgenommen werden. Die Datenbasis zur Reinigungsleistung von Behandlungsanlagen sollte durch weitere Untersuchungen vergrößert werden. Hier besteht Forschungsbedarf.
The immiscible lattice BGK method for solving the two-phase incompressible Navier-Stokes equations is analysed in great detail. Equivalent moment analysis and local differential geometry are applied to examine how interface motion is determined and how surface tension effects can be included such that consistency to the two-phase incompressible Navier-Stokes equations can be expected. The results obtained from theoretical analysis are verified by numerical experiments. Since the intrinsic interface tracking scheme of immiscible lattice BGK is found to produce unsatisfactory results in two-dimensional simulations several approaches to improving it are discussed but all of them turn out to yield no substantial improvement. Furthermore, the intrinsic interface tracking scheme of immiscible lattice BGK is found to be closely connected to the well-known conservative volume tracking method. This result suggests to couple the conservative volume tracking method for determining interface motion with the Navier-Stokes solver of immiscible lattice BGK. Applied to simple flow fields, this coupled method yields much better results than plain immiscible lattice BGK.
Monte Carlo & Beyond
(2002)
Many rendering problems can only be solved using Monte Carlo integration. The noise and variance inherent with the statistical method efficiently can be reduced by stratification. So far only uncorrelated stratification methods were used that in addition depend on the dimension of the integration domain. Based on rank-1-lattices we present a new stratification technique that removes this dependency on dimension, is much more efficient by correlation, is trivial to implement, and robust to use. The superiority of the new scheme is demonstrated for standard rendering algorithms.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der wirkmechanistischen Untersuchung substituierter Pteridine im Hinblick auf die Beeinflussung zentraler Regulationswege der Proliferation, der Apoptose und des Zytoskeletts. Im Besonderen sollte die Interaktion mit dem mitogen-aktivierten Protein Kinase (MAPK)- bzw. dem Phosphatidylinositol 3-Kinase (PI3K)-Signalweg erforscht werden, nachdem bereits gezeigt werden konnte, dass die cAMP-erhöhende und Protein Kinase A (PKA)-aktivierende Eigenschaft der Pteridine nicht alleine für die wachstumshemmende Wirkung verantwortlich sein kann. Als zentrales Element der Proliferationskontrolle reguliert der MAPK-Signalweg die Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors ELK1. Anhand eines Reportergen-Assays sollte die Beeinflussung der ELK1-Phosphorylierung durch in Position 6 substituierte Derivate der Stammverbindung E481 (7-Benzylamino-6-chloro-2-piperazino-4-pyrrolidino-pteridin) untersucht werden. Alle Substanzen sind hinsichtlich einer Hemmung der ELK1-Phosphorylierung weniger wirksam als die Leitsubstanz E481. Zusätzlich erfolgt nur bei E481 die Hemmung der ELK1-Phosphorylierung und die des Zellwachstums in einem vergleichbaren Konzentrationsbereich. Ferner sollte die Relevanz des PI3K-Signalweges für morphologische und wachstumsregulierende Wirkungen substituierter Pteridine bestimmt werden, nachdem für E481 bereits in der Vulvakarzinomzelllinie A431 eine Hemmung der PI3K und Zytoskelettveränderungen nachgewiesen werden konnte. Die Untersuchungen ergaben, dass die PI3K als genereller Vermittler der wachstumshemmenden Eigenschaft substituierter Pteridine ausgeschlossen werden kann. Auch die morphologischen Effekte durch E481 scheinen nicht PI3K-vermittelt zu sein. Ein wesentlicher Schwerpunkt der Arbeit beschäftigte sich mit der Frage, ob die Hemmung der PI3K in A431 Zellen durch E481 eine Rolle spielt für die Arretierung im Zellzyklus und die Apoptoseinduktion. Diese Wirkungen können über den PI3K-Effektor PKB an das nachgeschaltete Signalelement Glycogen Synthase Kinase 3beta (GSK3b) und über das proapoptotisch wirkende BAD vermittelt werden, die allerdings zusätzlich mit dem PKA-Signalweg interagieren. Für die GSK3beta kann trotz einer verminderten PKB-Phosphorylierung keine verminderte Phosphorylierung festgestellt werden, was möglicherweise durch die gleichzeitig aktivierte PKA verursacht wird, die ebenfalls die GSK3beta phosphorylieren kann. Die Untersuchungen der BAD-Phosphorylierung deuten ab einer 18-stündigen E481-Inkubation eine verminderte PKA-abhängige Phosphorylierung an und lassen zudem eine verminderte PKB-abhängige Phosphorylierung vermuten. Möglicherweise trägt dies zu der E481-vermittelten Apoptoseinduktion in A431 Zellen bei. Ferner zeichnet sich nach 24-stündiger Inkubation mit E481 konzentrationsabhängig eine verringerte Phosphorylierung des Tumorsuppressorproteins pRb (Retinoblastoma) ab, was vermutlich wesentlich zum G1-Arrest beiträgt. Fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen der E481-vermittelten Paxillinlokalisation sollten mögliche Wechselwirkungen zwischen dem cAMP-Signalweg und den morphologischen Veränderungen aufdecken. Es zeigt sich, dass eine E481 bedingte Abrundung der Zellen mit einer Paxillinabwanderung von der Plasmamembran einhergeht. Dieser Prozess findet unter Beteiligung einer Phosphatase statt- und ist nicht PKA-, vielleicht aber cAMP-vermittelt. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass der Wirkmechanismus substituierter Pteridine, insbesondere von E481, wesentlich komplexer ist als bislang vermutet. Zusätzlich zu der potenten Hemmung der Phosphodiesterase 4 greift E481 in eine Reihe zentraler Signalübertragungswege (MAPK-, PI3K/PKB-Signalweg) ein. Darüber hinaus interagiert E481 wirkungsvoll mit Signalelementen, welche die Integrität des Zytoskeletts gewährleisten. Hierbei scheinen PKA-unabhängige, möglicherweise aber cAMP-vermittelte Phosphataseinduktionen eine bedeutende Rolle zu spielen.
Im ersten Teil der Arbeit wurde die Cytotoxizität von drei Testsubstanzen (Digitonin, SDS und TritonX-100) mit Hilfe von vier verschiedenen Assays (NR, CV, LDH und WST) in der Rattenhepatozyten Primärkultur untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass WST und LDH aufgrund ihrer geringen Streuung und hohen Sensitivität die am besten geeigneten Methoden sind, um Cytotoxizität zu messen. Anschließend wurden mit diesen Assays die IC50-Konzentrationen von 16 Entwicklungssubstanzen der Firma Knoll AG bestimmt, um die ermittelten Konzentration in den folgenden Induktionsversuchen zu verwenden. Anschließend wurde der Einfluss der 16 Knoll-Substanzen auf Cytochrom P450-Isoenzyme in der Rattenhepatozyten Primärkultur untersucht. Dabei zeigte sich, das von den 16 Substanzen lediglich drei eine schwache CYP 1A-Induktion, die über EROD und MROD bestimmt wurde, bewirkten. Im Gegensatz dazu bewirkten acht der Knoll-Substanzen eine starke Induktion, im Vergleich zum Modellinduktor PB, der durch CYP1A und 2B katalysierten BROD-Aktivität. Dieses PB-ähnliche Induktionsmuster zeigte sich auch im Testosteron-Assay. Als herausragender Induktor, vom PB-Typ zeigte sich dabei die Substanz LU 135252. Die Konjugationsreaktionen (Phase II) mit den verschiedenen Substraten CDNB für GST und MUF, HOBI und PNP für verschiedene UGTs wurden durch die Knoll-Substanzen wenig beeinflusst. Im abschließenden Teil wurde der Einfluss von vier Knoll-Substanzen auf drei peroxisomale Enzyme (ACOX, CAT und Katalase) und auf Cytochrom P450 4A untersucht. Die beiden Substanzen 201640 und 418585 erhöhten die Aktivitäten aller vier Enzyme (wenn auch schwächer als die Modellinduktoren CLO und CIPRO) und könnten sich damit als Peroxisomen Proliferatoren erweisen. Der Vergleich von in vivo-Daten aus Toxizitätsstudien mit den in vitro-Daten zeigte eine sehr gute Übereinstimmung bei der qualitativen Einteilung der Substanzen in Nicht-Induktoren und Induktoren, des PB- bzw. des Clofibrat-Typs.