Die Nähtechnik in Verbindung mit Harzinfusions- und -injektionstechniken eröffnet ein erhebliches Gewichts- und Kosteneinsparpotential primär belasteter Strukturbauteile aus Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen. Dabei ist es unter bestimmten Voraussetzungen möglich, durch Vernähungen gezielte Steigerungen mechanischer Eigenschaften zu erreichen. Ein genaues Verständnis wirksamer Zusammenhänge bezüglich der Änderung mechanischer Kennwerte verglichen mit dem unvernähten Verbund ist unverzichtbar, um einen Einsatz dieser Technologie im zivilen Flugzeugbau voranzubringen. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine breit angelegte experimentelle Parameterstudie zum Einfluss verschiedener Nähparameter auf Scheiben-Elastizitäts- und Festigkeitseigenschaften von kohlenstofffaserverstärkten Epoxidharzverbunden unter Zug- und Druckbelastung durchgeführt. Neben der Stichrichtung, der Garnfeinheit, dem Nahtabstand und der Stichlänge wurde auch die Belastungsrichtung variiert. Bei einigen Parametereinstellungen konnten keine Änderungen des Elastizitätsmoduls oder der Festigkeit in der Laminatebene festgestellt werden, wohingegen in anderen Fällen Reduktionen oder Steigerungen um bis zu einem Drittel des Kennwerts des unvernähten Laminats beobachtet wurden. Dabei ist vor allem der Einfluss der Garnfeinheit dominierend. Die Fehlstellenausbildung infolge eines Stichs in Abhängigkeit der gewählten Parameter und der Orientierung der Einzelschicht wurde anhand von Schliffbildern in der Laminatebene untersucht. Ein erheblicher Einfluss der einzelnen Parameter auf die Fehlstellenausbildung ist festzustellen, wobei wiederum die Garnfeinheit dominiert. Anhand der Ergebnisse der Auswertung der Fehlstellenausbildung in den Einzelschichten wurde ein empirisches Modell generiert, womit charakteristische Fehlstellengröße n wie die Querschnittsfläche, die Breite und die Länge in Abhängigkeit der genannten Parameter berechnet werden können. Darauf aufbauend wurde ein Finite-Elemente-Elementarzellenmodell generiert, mit welchem Scheiben-Elastizitätsgrößen vernähter Laminate abgeschätzt werden können. Neben der Berücksichtigung der genannten Nähparameter ist der zentrale Aspekt hierbei die Beschreibung eines Stichs in Form von Reinharzgebiet und Faserumlenkungsbereich in jeder Einzelschicht. Stitching technology in combination with Liquid Composite Molding techniques offers a possibility to reduce significantly weight and costs of primarily loaded structural parts made of Fiber Reinforced Polymers. Thereby, it is possible to enhance mechanical properties simultaneously. It is essential to understand effective correlations of all important parameters concerning changes in mechanical characteristics due to additional stitching if stitching technologies have to be established in the civil aircraft industry. In this thesis, a broad experimental study on the influence of varying stitching parameters on the membrane tensile and compressive modulus and strength of carbon fiber reinforced epoxy laminates is presented. The direction of stitching, thread diameter, spacing and pitch length as well as the direction of testing had been varied. In some cases, no changes in modulus and strength could be found due to the chosen parameters, whereas in other cases reductions or enhancements of up to 30 % compared to the unstitched laminate were observed. Thereby, the thread diameter shows significant influence on these changes in mechanical properties. In addition, the stitch and void formation in the thickness direction due to the stitching parameters was investigated by evaluating micrographs in each layer of the laminate. Again, the thread diameter showed an outstanding influence on the characteristics of matrix pure area (void) and fiber disorientation. A mathematical model was evaluated in order to predict in-plane characteristics of stitches and voids, from which the cross sectional area, the width and the length of a void due to the chosen stitching parameters can be derived. Finally, a Finite Element based unit cell model was established to calculate elastic constants of stitched FRP laminates. With this model it is possible to consider a stitch as a matrix pure region and additionally an area of in-plane fiber disorientation depending on the stitching parameters as introduced above. The model was validated using the experimental data for tensile and compressive loading. The outstanding flexibility of this FE unit cell approach is shown in a parametric study, where different void formations as well as stitching parameters were varied in a stitched, unidirectional laminate. It was found that three different aspects influence significantly the in-plane elastic constants of stitched laminates. First of all, the stitching parameters as well as the laminate characteristics define the shape of the unit cell including the areas of the stitch and the fiber disorientation. Secondly, stitching changes the fiber volume fraction in all layers, which causes changes in elastic properties as well. Thirdly, the type and the direction of loading has to be considered, because each change in the architecture of the laminate results in different effects on the in-plane elastic constants namely tensile, compressive or shear moduli as well as the Poisson´s ratios.

The demand of sustainability is continuously increasing. Therefore, thermoplastic composites became a focus of research due to their good weight to performance ratio. Nevertheless, the limiting factor of their usage for some processes is the loss of consolidation during re-melting (deconsolidation), which reduces the part quality. Several studies dealing with deconsolidation are available. These studies investigate a single material and process, which limit their usefulness in terms of general interpretations as well as their comparability to other studies. There are two main approaches. The first approach identifies the internal void pressure as the main cause of deconsolidation and the second approach identifies the fiber reinforcement network as the main cause. Due to of their controversial results and limited variety of materials and processes, there is a big need of a more comprehensive investigation on several materials and processes. This study investigates the deconsolidation behavior of 17 different materials and material configurations considering commodity, engineering, and performance polymers as well as a carbon and two glass fiber fabrics. Based on the first law of thermodynamics, a deconsolidation model is proposed and verified by experiments. Universal applicable input parameters are proposed for the prediction of deconsolidation to minimize the required input measurements. The study revealed that the fiber reinforcement network is the main cause of deconsolidation, especially for fiber volume fractions higher than 48 %. The internal void pressure can promote deconsolidation, when the specimen was recently manufactured. In other cases the internal void pressure as well as the surface tension prevents deconsolidation. During deconsolidation the polymer is displaced by the volume increase of the void. The polymer flow damps the progress of deconsolidation because of the internal friction of the polymer. The crystallinity and the thermal expansion lead to a reversible thickness increase during deconsolidation. Moisture can highly accelerate deconsolidation and can increase the thickness by several times because of the vaporization of water. The model is also capable to predict reconsolidation under the defined boundary condition of pressure, time, and specimen size. For high pressure matrix squeeze out occur, which falsifies the accuracy of the model.The proposed model was applied to thermoforming, induction welding, and thermoplastic tape placement. It is demonstrated that the load rate during thermoforming is the critical factor of achieving complete reconsolidation. The required load rate can be determined by the model and is dependent on the cooling rate, the forming length, the extent of deconsolidation, the processing temperature, and the final pressure. During induction welding deconsolidation can tremendously occur because of the left moisture in the polymer at the molten state. The moisture cannot fully diffuse out of the specimen during the faster heating. Therefore, additional pressure is needed for complete reconsolidation than it would be for a dry specimen. Deconsolidation is an issue for thermoplastic tape placement, too. It limits the placement velocity because of insufficient cooling after compaction. If the specimen after compaction is locally in a molten state, it deconsolidates and causes residual stresses in the bond line, which decreases the interlaminar shear strength. It can be concluded that the study gains new knowledge and helps to optimize these processes by means of the developed model without a high number of required measurements. Aufgrund seiner guten spezifischen Festigkeit und Steifigkeit ist der endlosfaserverstärkte Thermoplast ein hervorragender Leichtbauwerkstoff. Allerdings kann es während des Wiederaufschmelzens durch Dekonsolidierung zu einem Verlust der guten mechanischen Eigenschaften kommen, daher ist Dekonsolidierung unerwünscht. In vielen Studien wurde die Dekonsolidierung mit unterschiedlichen Ergebnissen untersucht. Dabei wurde meist ein Material und ein Prozess betrachtet. Eine allgemeine Interpretation und die Vergleichbarkeit unter den Studien sind dadurch nur begrenzt möglich. Aus der Literatur sind zwei Ansätze bekannt. Dem ersten Ansatz liegt der Druckunterschied zwischen Poreninnendruck und Umgebungsdruck als Hauptursache der Dekonsolidierung zu Grunde. Beim zweiten Ansatz wird die Faserverstärkung als Hauptursache identifiziert. Aufgrund der kontroversen Ergebnisse und der begrenzten Anzahl der Materialien und Verarbeitungsverfahren, besteht die Notwendigkeit einer umfassenden Untersuchung über mehrere Materialien und Prozesse. Diese Studie umfasst drei Polymere (Polypropylen, Polycarbonat und Polyphenylensulfid), drei Gewebe (Köper, Atlas und Unidirektional) und zwei Prozesse (Autoklav und Heißpressen) bei verschiedenen Faservolumengehalten. Es wurde der Einfluss des Porengehaltes auf die interlaminare Scherfestigkeit untersucht. Aus der Literatur ist bekannt, dass die interlaminare Scherfestigkeit mit der Zunahme des Porengehaltes linear sinkt. Dies konnte für die Dekonsolidierung bestätigt werden. Die Reduktion der interlaminaren Scherfestigkeit für thermoplastische Matrizes ist kleiner als für duroplastische Matrizes und liegt im Bereich zwischen 0,5 % bis 1,5 % pro Prozent Porengehalt. Außerdem ist die Abnahme signifikant vom Matrixpolymer abhängig. Im Falle der thermisch induzierten Dekonsolidierung nimmt der Porengehalt proportional zu der Dicke der Probe zu und ist ein Maß für die Dekonsolidierung. Die Pore expandiert aufgrund der thermischen Gasexpansion und kann durch äußere Kräfte zur Expansion gezwungen werden, was zu einem Unterdruck in der Pore führt. Die Faserverstärkung ist die Hauptursache der Dickenzunahme beziehungsweise der Dekonsolidierung. Die gespeicherte Energie, aufgebaut während der Kompaktierung, wird während der Dekonsolidierung abgegeben. Der Dekompaktierungsdruck reicht von 0,02 MPa bis 0,15 MPa für die untersuchten Gewebe und Faservolumengehalte. Die Oberflächenspannung behindert die Porenexpansion, weil die Oberfläche vergrößert werden muss, die zusätzliche Energie benötigt. Beim Kontakt von benachbarten Poren verursacht die Oberflächenspannung ein Verschmelzen der Poren. Durch das bessere Volumen- Oberfläche-Verhältnis wird Energie abgebaut. Der Polymerfluss bremst die Entwicklung der Dickenzunahme aufgrund der erforderlichen Energie (innere Reibung) der viskosen Strömung. Je höher die Temperatur ist, desto niedriger ist die Viskosität des Polymers, wodurch weniger Energie für ein weiteres Porenwachstum benötigt wird. Durch den reversiblen Einfluss der Kristallinität und der Wärmeausdehnung des Verbundes wird während der Erwärmung die Dicke erhöht und während der Abkühlung wieder verringert. Feuchtigkeit kann einen enormen Einfluss auf die Dekonsolidierung haben. Ist noch Feuchtigkeit über der Schmelztemperatur im Verbund vorhanden, verdampft diese und kann die Dicke um ein Vielfaches der ursprünglichen Dicke vergrößern. Das Dekonsolidierungsmodell ist in der Lage die Rekonsolidierung vorherzusagen. Allerdings muss der Rekonsolidierungsdruck unter einem Grenzwert liegen (0,15 MPa für 50x50 mm² und 1,5 MPa für 500x500 mm² große Proben), da es sonst bei der Probe zu einem Polymerfluss aus der Probe von mehr als 2 % kommt. Die Rekonsolidierung ist eine inverse Dekonsolidierung und weist die gleichen Mechanismen in der entgegengesetzten Richtung auf. Das entwickelte Modell basiert auf dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik und kann die Dicke während der Dekonsolidierung und der Rekonsolidierung vorhersagen. Dabei wurden eine homogene Porenverteilung und eine einheitliche, kugelförmige Porengröße angenommen. Außerdem wurde die Massenerhaltung angenommen. Um den Aufwand für die Bestimmung der Eingangsgrößen zu reduzieren, wurden allgemein gültige Eingabeparameter bestimmt, die für eine Vielzahl von Konfigurationen gelten. Das simulierte Materialverhalten mit den allgemein gültigen Eingangsparametern erzielte unter den definierten Einschränkungen eine gute Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Materialverhalten. Nur bei Konfigurationen mit einer Viskositätsdifferenz von mehr als 30 % zwischen der Schmelztemperatur und der Prozesstemperatur sind die allgemein gültigen Eingangsparameter nicht anwendbar. Um die Relevanz für die Industrie aufzuzeigen, wurden die Effekte der Dekonsolidierung für drei weitere Verfahren simuliert. Es wurde gezeigt, dass die Kraftzunahmegeschwindigkeit während des Thermoformens ein Schlüsselfaktor für eine vollständige Rekonsolidierung ist. Wenn die Kraft zu langsam appliziert wird oder die finale Kraft zu gering ist, ist die Probe bereits erstarrt, bevor eine vollständige Konsolidierung erreicht werden kann. Auch beim Induktionsschweißen kann Dekonsolidierung auftreten. Besonders die Feuchtigkeit kann zu einer starken Zunahme der Dekonsolidierung führen, verursacht durch die sehr schnellen Heizraten von mehr als 100 K/min. Die Feuchtigkeit kann während der kurzen Aufheizphase nicht vollständig aus dem Polymer ausdiffundieren, sodass die Feuchtigkeit beim Erreichen der Schmelztemperatur in der Probe verdampft. Beim Tapelegen wird die Ablegegeschwindigkeit durch die Dekonsolidierung begrenzt. Nach einer scheinbar vollständigen Konsolidierung unter der Walze kann die Probe lokal dekonsolidieren, wenn das Polymer unter der Oberfläche noch geschmolzen ist. Die daraus resultierenden Poren reduzieren die interlaminare Scherfestigkeit drastisch um 5,8 % pro Prozent Porengehalt für den untersuchten Fall. Ursache ist die Kristallisation in der Verbindungszone. Dadurch werden Eigenspannungen erzeugt, die in der gleichen Größenordnung wie die tatsächliche Scherfestigkeit sind.

Cutting-edge cancer therapy involves producing individualized medicine for many patients at the same time. Within this process, most steps can be completed for a certain number of patients simultaneously. Using these resources efficiently may significantly reduce waiting times for the patients and is therefore crucial for saving human lives. However, this involves solving a complex scheduling problem, which can mathematically be modeled as a proportionate flow shop of batching machines (PFB). In this thesis we investigate exact and approximate algorithms for tackling many variants of this problem. Related mathematical models have been studied before in the context of semiconductor manufacturing.

In der modernen Hubschrauberfertigung werden neben Rotorblättern auch tragende Strukturteile aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen eingesetzt. Um dabei einen möglichst hohen Leichtbaugrad zu erreichen, werden immer neue Design- Konzepte entwickelt. Innovative Design-Lösungen sind aber nur dann in der Fertigung umsetzbar, wenn sie effizient, kostengünstig und fehlerfrei gefertigt werden können. Ein wichtiger Baustein für die Produktion sind die Fertigungsvorrichtungen, auf denen die Bauteile laminiert und ausgehärtet werden. Diese Vorrichtungen sind ein maßgeblicher Faktor zum Erreichen der geforderten Bauteilqualität. Das Augenmerk liegt hierbei auf der sogenannten tool-part-interaction, also der Interaktion zwischen Fertigungsvorrichtung und Faserverbundmaterial. Diese hat einen großen Einfluss auf das Aufheiz- und Verpressungsverhalten der Prepreg-Materialien und somit auch direkt auf fertigungsinduzierte Schädigungen wie Faltenbildung und Verzug. Aktuell kann der Vorrichtungsentwickler lediglich auf Erfahrungswerte zurückgreifen, um ein gutes Aufheiz- und Verpressungsverhalten der Vorrichtung zu erreichen. Zur Minimierung von Falten fehlt jedoch häufig sogar das nötige Hintergrundwissen über die grundlegenden Mechanismen der Faltenbildung. Nur ein langwieriger trial-and-error Prozess nach Produktion der Vorrichtung kann helfen, Faltenbildung zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren. Zukünftig muss es ein primäres Ziel für den Vorrichtungsbau sein, Fertigungsmittel gezielt auslegen und bereits im Rahmen der Konzeptentwicklung Aussagen über die zu erwartende Bauteilgüte und das Fertigungsergebnis machen zu können. Einen möglichen Weg stellt die Einführung einer Herstellprozesssimulation dar, da sie bereits in einer frühen Entwicklungsphase das Aufheiz- und Verpressungsverhalten eines Bauteils sowie den Einfluss der Fertigungsvorrichtung auf die Bauteilqualität einschätzen kann. Fertigungsinduzierte Schädigungen, wie der prozessinduzierte Verzug, lassen sich bereits mit Hilfe von kommerziell erhältlichen Software-Tools vorhersagen. Um zukünftig auch die Faltenbildung bei der Prepreg-Autoklavfertigung vorhersagbar zu machen, müssen zwei übergeordnete Fragestellungen bearbeitet werden:Faltenbildung: Wie läuft die Faltenbildung in der Autoklavfertigung ab und welche Mechanismen bzw. Einflussfaktoren müssen besonders beachtet werden?  Simulation: Wie muss eine Herstellprozesssimulation geartet sein, um den Einfluss der Fertigungsvorrichtung auf die Faltenbildung vorhersagen zu können und Vorrichtungen auf diese Weise zukünftig auslegbar zu machen? Experimentelle Untersuchungen an Omega- und C-Profilen helfen, die Faltenbildung, ihren primären Mechanismus und vor allem die verschiedenen Einflussfaktoren zu verstehen und zu bewerten. Im Falle der vorliegenden Arbeit wurde besonders die Kompaktierung des Laminates über einem Außenradius und die daraus entstehende überschüssige Faser- bzw. Rovinglänge als primärer Faltenauslöser betrachtet. Es konnte aus den Experimenten abgeleitet werden, dass besonders der Verpressungsweg, die Bauteilgeometrie, das verwendete Faserhalbzeug (unidirektional oder Gewebe), die tool-part-interaction und das interlaminare Reibverhalten für den untersuchten Mechanismus von Bedeutung sind. Daraus lassen sich die Mindestanforderungen an eine Herstellprozesssimulation zusammenstellen. Eine umfassende Materialcharakterisierung inklusive der interlaminaren Reibung, der Reibinteraktionen zwischen Bauteil und Fertigungsvorrichtung sowie des Verpressungsverhaltens des Faserbettes sind der erste Schritt in der Entwicklung einer industriell einsetzbaren Simulation. Die Simulation selbst setzt sich aus einem thermo-chemischen und einem Kompaktiermodul zusammen. Ersteres ermittelt das Aufheizverhalten der Vorrichtung und des Bauteils im Autoklaven und stellt darüber hinaus Aushärtegrad und Glasübergangstemperatur als Parameter für das zweite Simulationsmodul zur Verfügung. Zur korrekten Bestimmung des Wärmeübergangs im Autoklaven wurde ein semi-empirisches Verfahren entwickelt, das in der Lage ist, Strömungseffekte und Beladungszustände des Autoklaven zu berücksichtigen. Das Kompaktiermodul umfasst das Verpressungsverhalten des Faserbettes inklusive des Harzflusses, der toolpart- interaction und der Relativverschiebung der Laminatlagen zueinander. Besonders das Erfassen der Durchtränkung des Fasermaterials mittels eines phänomenologischen Ansatzes und das Einbringen der Reibinteraktionen in die Simulation muss als Neuerung im Vergleich zu bisherigen Simulationskonzepten gesehen werden. Auf diese Weise ist die Simulation in der Lage, alle wichtigen Einflussfaktoren der Faltenbildung zu erfassen. Der aus der Simulation auslesbare Spannungszustand kann Aufschluss über die Faltenbildung geben. Mit Hilfe eines im Rahmen dieser Arbeit entwickelten (Spannungs-)Kriteriums lässt sich eine Aussage über das zu erwartende Faltenrisiko treffen. Außerdem ermöglicht die Simulation eine genaue Identifikation der Haupttreiber der Faltenbildung für das jeweilige Bauteil bzw. Fertigungskonzept. Parameter- und Sensitivitätsstudien können dann den experimentellen Aufwand zur Behebung der Faltenbildung deutlich reduzieren. Die hier vorliegende Arbeit erweitert damit nicht nur das Wissen über die Faltenbildung in der Prepreg-Autoklavfertigung und deren Einflussfaktoren, sondern gibt dem Vorrichtungsentwickler auch eine Simulationsmethodik an die Hand, die ihn in die Lage versetzt, Fertigungsvorrichtungen gezielt auszulegen und zu optimieren. In addition to rotor blades, primary structural parts are also manufactured from carbon fiber reinforced plastics in modern helicopter production. New design concepts are constantly developed in order to reach a maximum degree of lightweight design. However, innovative design solutions are only realizable, if they can be manufactured efficiently, economically, and free from defects. Molds for laminating and curing of composite parts are of particular importance. They are a relevant factor for achieving the required part quality. The attention is directed at the so-called tool-part-interaction, i.e. the interaction between tools and fiber composite materials, which has a great influence on the heating and compaction behavior of the prepreg materials and therefore also directly on manufacturing induced damage such as wrinkling and warping. At present, the tooling designer can only resort to his/her experience to achieve a good heating and compaction behavior of the molds. However, the necessary background knowledge about the fundamental mechanisms of wrinkling is often lacking and only a tedious trial-and-error process after the production of the mold can help eliminate or at least reduce wrinkling. In the future, the primary goal for tooling production must be to specifically design the manufacturing equipment and to be able to already make a statement about the expected part quality and production result during the conceptual stage. A possible solution is the introduction of a manufacturing process simulation, because at an early development stage it can estimate the heating and compaction behavior of a part as well as the influence of the manufacturing equipment on part quality. Commercially available software tools are already able to predict damage during production, as e.g. process induced deformation. In order to make wrinkling predictable also, two primary issues need to be dealt with: Wrinkling: How does wrinkling develop in autoclave manufacturing and which mechanisms or influencing factors need to be particularly considered?  Simulation: What must be integrated into a manufacturing process simulation, if it is to predict the influence of the mold on wrinkling and to ensure future tooling improvement? Experimental examinations of omega and c-profiles help to understand and evaluate wrinkling, its primary mechanism, and particularly the various influencing factors. In the case of the present paper, the compaction of the laminate over a convex radius and the resulting surplus roving length was especially examined as primary cause for wrinkling. From the experiments could be deduced that the compaction, the part geometry, the utilized semi-finished fabrics (unidirectional and woven), the tool-part-interaction and the interlaminar friction are of importance for the examined mechanism. These factors determine the minimum requirements for a manufacturing process simulation. A comprehensive material characterization including interlaminar friction, friction interaction between part and tool as well as the compaction behavior of the fiber bed are the first step toward the development of a simulation on an industrial scale. The simulation consists of a thermochemical and a compaction module. The former determines the heating behavior of the mold and the part in the autoclave and additionally provides the degree of cure and the glass transition temperature as parameters for the second simulation module. A semi-empirical method that is able to consider flow effects and loading conditions of the autoclave was developed for the correct determination of the heat transfer within the autoclave. The compaction module comprises the compaction behavior of the fiber bed including resin flow, tool-partinteraction and relative displacement of the layers. Especially the integration of the saturation phase by means of a phenomenological approach and the inclusion of friction interaction in the simulation must be seen as innovation in comparison to other simulation concepts. The simulation is thus able to capture all the important influencing factors of wrinkling. The state of stress that is retrieved from the simulation can provide information about the formation of wrinkles. Furthermore, the simulation enables an exact identification of the main drivers for the development of wrinkles in the respective part or manufacturing concept. Parameters and sensitivity analyses can then significantly reduce the experimental effort for the elimination of wrinkling. The present study does therefore not only expand the knowledge about wrinkling and its influencing factors in prepreg autoclave manufacturing, but also presents the tooling designer with a simulation methodology that enables him/her to systematically develop and optimize manufacturing equipment.

The focus of this work is to provide and evaluate a novel method for multifield topology-based analysis and visualization. Through this concept, called Pareto sets, one is capable to identify critical regions in a multifield with arbitrary many individual fields. It uses ideas found in graph optimization to find common behavior and areas of divergence between multiple optimization objectives. The connections between the latter areas can be reduced into a graph structure allowing for an abstract visualization of the multifield to support data exploration and understanding. The research question that is answered in this dissertation is about the general capability and expandability of the Pareto set concept in context of visualization and application. Furthermore, the study of its relations, drawbacks and advantages towards other topological-based approaches. This questions is answered in several steps, including consideration and comparison with related work, a thorough introduction of the Pareto set itself as well as a framework for efficient implementation and an attached discussion regarding limitations of the concept and their implications for run time, suitable data, and possible improvements. Furthermore, this work considers possible simplification approaches like integrated single-field simplification methods but also using common structures identified through the Pareto set concept to smooth all individual fields at once. These considerations are especially important for real-world scenarios to visualize highly complex data by removing small local structures without destroying information about larger, global trends. To further emphasize possible improvements and expandability of the Pareto set concept, the thesis studies a variety of different real world applications. For each scenario, this work shows how the definition and visualization of the Pareto set is used and improved for data exploration and analysis based on the scenarios. In summary, this dissertation provides a complete and sound summary of the Pareto set concept as ground work for future application of multifield data analysis. The possible scenarios include those presented in the application section, but are found in a wide range of research and industrial areas relying on uncertainty analysis, time-varying data, and ensembles of data sets in general.

Diese Arbeit beinhaltet die Synthese zweier cyclischer Amidat-Liganden und die Untersuchung des Koordinationsverhaltens dieser Makrocyclen. Dabei wurden die strukturellen, elektrochemischen und spektroskopischen Eigenschaften der entstandenen Komplexverbindungen untersucht. Um höhere Oxidationsstufen am Metallion besser zu stabilisieren als durch neutrale Liganden, wurden die Liganden H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC und HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\) hergestellt. Es sind zwölfgliedrige makrocyclische Ringe mit vielen sp\(^2\)-hybridisierten Atomen, die eine sterische Rigidität bedingen. Gleichzeitig besitzen sie zwei trans-ständige, sp\(^3\)-hybridisierte Amin-Donoratome, die eine Faltung entlang der N\(_{Amin}\)-N\(_{Amin}\)-Achse ermöglichen. Die äquatorialen Stickstoffdonoratome werden durch deprotonierte Amid-Gruppen bzw. durch das Stickstoffatom eines Pyridinrings zur Verfügung gestellt. Für beide Liganden konnte eine zufriedenstellende Syntheseroute, mit passablen Ausbeuten etabliert werden. In der Kristallstruktur des Makrocyclus HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\) wird eine Wanne-Wanne-Konformation beobachtet. Die für eine cis-oktaedrische Koordination an Metallionen benötigte Konformation wird bereits im metallfreien Zustand des Liganden wegen der intramolekularen Wasserstoffbrückenbindungen verwirklicht. Die freie Rotation um die C-C-Bindungen ist bei diesem Liganden nur leicht gehindert, da die diastereotopen H-Atome der Methylengruppen im \(^1\)H-NMR-Spektrum als breite Singuletts in Erscheinung treten. Die Makrocyclen konnten erfolgreich mit Nickel(II)-, Kupfer(II)- und Cobalt(II)-Ionen komplexiert und kristallisiert werden. Dabei wurden zufriedenstellende Ausbeuten erhalten. Ohne weiteren zweifach koordinierenden Coliganden bildet der Ligand H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC stets fünffach koordinierte Mono-chloro-Komplexe. Der Ligand HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\) bildet sechsfach koordinierte Verbindungen. Durch die Verwendung von zweizähnigen Coliganden wurde für den Makrocyclus H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC eine sechsfache Koordination erzwungen. Wie alle sechsfach koordinierte Verbindungen in dieser Arbeit liegen sie in einer cis-oktaedrischen Koordinationsumgebung vor. Um Vergleichskomplexe zu erhalten, wurden auch mit den Diazapyridinophan-Liganden L-N\(_4\)Me\(_2\) und L-N\(_4\)\(^t\)Bu\(_2\) die entsprechenden Kupfer- und Nickelkomplexe mit den jeweiligen Coliganden synthetisiert. In den Kristallstrukturen sind die entsprechenden Verbindungen der Diazapyridinophan-Liganden generell stärker gefaltet als die der Amidat-Liganden. Durch die starken \( \sigma\)-Donoreigenschaften der Amidatgruppen werden im Allgemeinen kürzere äquatoriale Bindungen zu den Metallionen verursacht. Durch den Vergleich der Bindungslängen mit ähnlichen bekannten high- und low-spin-Cobalt(II)-Komplexen hat sich gezeigt, dass für die Länge der Co-N\(_{Amid}\)-Bindung im high-spin-Zustand Werte von 1,95 bis 1,97 Å gefunden werden. Für den low-spin-Zustand werden Werte zwischen 1,92 und 1,95 Å gefunden. Durch die elektrochemischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass beim überwiegenden Teil der Verbindungen das Potential der Oxidationen deutlich in der Reihenfolge der Makrocyclen H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC < HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\) < L-N\(_4\)Me\(_2\) < L-N\(_4\)\(^t\)Bu\(_2\) ansteigt. Das belegt eindeutig die leichtere Oxidierbarkeit der Komplexe mit den negativ geladenen Liganden, die damit höhere Oxidationsstufen besser stabilisieren. Durch die Energie der ersten Anregung in den UV/Vis-Spektren der Nickel(II)-Komplexe ergibt sich die Ligandenfeldstärke der makrocyclischen Liganden etwa in der Reihenfolge H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC ≈ L-N\(_4\)Me\(_2\) > L-N\(_4\)\(^t\)Bu\(_2\) ≈ HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\).

Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt auf endlosfaser- und langfaserverstärkten thermoplastischen Materialien. Hierfür wurde das „multilayered hybrid (MLH)“ Konzept entwickelt und auf zwei Halbzeuge, den MLH-Roving und die MLHMat angewendet. Der MLH-Roving ist ein Roving (bestehend aus Endlosfasern), der durch thermoplastische Folien in mehrere Schichten geteilt wird. Der MLH-Roving wird durch eine neuartige Spreizmethode mit anschließender thermischen Fixierung und abschließender mehrfacher Faltung hergestellt. Dadurch können verschiedene Faser-Matrix-Konfigurationen realisiert werden. Die MLH-Mat ist ein glasmattenverstärktes thermoplastisches Material, das für hohe Fasergehalte bis 45 vol. % und verschiedene Matrixpolymere, z.B. Polypropylen (PP) und Polyamide 6 (PA6) geeignet ist. Sie zeichnet sich durch eine hohe Homogenität in der Flächendichte und in der Faserrichtung aus. Durch dynamische Crashversuche mit auf MLH-Roving und MLH-Mat basierenden Probekörpern wurden das Crashverhalten und die Performance untersucht. Die Ergebnisse der Crashkörper basierend auf langfaserverstärktem Material (MLH-Mat) und endlosfaserverstärktem Material (MLH-Roving) waren vergleichbar. Die PA6-Typen zeigten eine bessere Crashperformance als PP-Typen. The present work deals with continuous fiber- and long fiber reinforced thermoplastic materials. The concept of multilayered hybrid (MLH) structure was developed and applied to the so-called MLH-roving and MLH-mat. The MLH-roving is a continuous fiber roving separated evenly into several sublayers by thermoplastic films, through the sequential processes of spreading with a newly derived equation, thermal fixing, and folding. It was aimed to satisfy the variety of material configuration as well as the variety in intermediate product. The MLH-mat is a glass mat reinforced thermoplastic (GMT)-like material that is suitable for high fiber contents up to 45 vol. % and various matrix polymers, e.g. polypropylene (PP), polyamide 6 (PA6). It showed homogeneity in areal density, random directional fiber distribution, and reheating stability required for molding process. On the MLH-roving and MLH-mat materials, the crash behavior and performance were investigated by dynamic crash test. Long fiber reinforced materials (MLH-mat) were equivalent to continuous fiber reinforced materials (MLHroving), and PA6 grades showed higher crash performance than PP grades.

Aufgrund eines festgestellten Bedarfs wurde die Entwicklung eines neuen Wahlpflichtmoduls zum Thema Medienpädagogik im Rahmen des Studiengangs Schulmanagement initiiert und zum Sommersemester 2017 am DISC der Technischen Universität Kaiserslautern erstmals im Rahmen einer Erprobungsphase angeboten. Dieser Bericht legt das Vorgehen und die Ergebnisse der Evaluation des Moduls dar und gibt Handlungsempfehlungen zur Weiterentwicklung.

Verkündungsblatt der TU Kaiserslautern Nr. 1/15.01.2019

Die Einführung des Internets hat einen stetigen Wandel des täglichen, sowie beruflichen Alltags verursacht. Hierbei ist eine deutliche Verlagerung in den virtuellen Raum (Internet) festzustellen. Zusätzlich hat die Einführung von sozialen Netzwerken, wie beispielsweise Facebook das Verlangen des Nutzers immer „online“ zu sein, deutlich verstärkt. Hinzu kommen die kontinuierlich wachsenden Datenmengen, welche beispielsweise durch Videostreaming (YouTube oder Internet Protocol Television (IPTV)) oder den Austausch von Bildern verursacht werden. Zusätzlich verursachen neue Dienste, welche beispielsweise im Rahmen vom Internet der Dinge und auch Industrie 4.0 eingeführt werden, zusätzliche Datenmengen. Aktuelle Technologien wie Long Term Evolution Advanced (LTE-A) im Funkbereich und Very High Speed Digital Subsciber Line (VDSL) beziehungsweise Glasfaser in kabelgebundenen Netzen, versuchen diesen Anforderungen gerecht zu werden. Angesichts der steigenden Anforderungen an die Mobilität des Nutzers, ist die Verwendung von Funktechnologien unabdingbar. In Verbindung mit dem stetig wachsenden Datenaufkommen und den ansteigenden Datenraten ist ein wachsender Bedarf an Spektrum, also freien, beziehungsweise ungenutzten Frequenzbereichen einhergehend. Für die Identifikation geeigneter Bereiche müssen allerdings eine Vielzahl von Parametern und Einflussfaktoren betrachtet werden. Einer der entscheidenden Parameter ist die entstehende Dämpfung im betrachteten Frequenzbereich, da diese mit steigender Frequenz größer wird und somit die resultierende Abdeckung bei gleichbleibender Sendeleistung sinkt. In aktuellen Funksystemen werden Frequenzen < 6 GHz verwendet, da diese von den Ausbreitungseigenschaften geeignete Eigenschaften aufweisen. Des Weiteren müssen vorhandene Nutzungsrechte, Inhaber des Spektrums, Nutzungsbedingungen und so weiter im Vorfeld abgeklärt werden. In Deutschland wird die Koordination von der Bundesnetzagentur vorgenommen. Aufgrund der Vielfalt der vorhandenen Dienste und Anwendungen ist es leicht ersichtlich, dass der Frequenzbereich < 6 GHz stark ausgelastet ist. Neben den kontinuierlich ausgelasteten Diensten wie zum Beispiel Long Term Evolution (LTE) oder Digital Video Broadcast (DVB), gibt es spektrale Bereiche, die nur eine geringe zeitliche Auslastung aufweisen. Markant hierfür sind Frequenzbereiche, welche beispielsweise ausschließlich für militärische Nutzung reserviert sind. Bei genauerer Betrachtung fällt auf, dass sich dies nicht ausschließlich auf den zeitlichen Bereich beschränkt, vielmehr ergibt sich eine Kombination aus zeitlicher und räumlicher Beschränkung, da die Nutzung meist auf einen räumlichen Bereich eingrenzbar ist. Eine weitere Einschränkung resultiert aus der derzeit starren Vergabe von Frequenzbereichen. Die Zuteilung basiert auf langwierigen Antragsverfahren und macht somit eine kurzfristige variable Zuteilung unmöglich. Um diesem Problem gerecht zu werden, erfolgt im Rahmen dieser Arbeit die Entwicklung eines generischen Spektrum-Management-Systems (SMSs) zur dynamischen Zuteilung vorhandener Ressourcen. Eine Anforderung an das System ist die Unterstützung von bereits bekannten Spektrum Sharing Verfahren, wie beispielsweise Licensed Shared Access (LSA) beziehungsweise Authorized Shared Access (ASA) oder Spectrum Load Smoothing (SLS). Hierfür wird eine Analyse der derzeit bekannten Sharing Verfahren vorgenommen und diese bezüglich ihrer Anwendbarkeit charakterisiert. DesWeiteren werden die Frequenzbereiche unterhalb 6 GHz hinsichtlich ihrer Verwendbarkeiten und regulatorischen Anforderungen betrachtet. Zusätzlich wird ein erweiterter Anforderungskatalog an das Spektrum-Management-System (SMS) entwickelt, welcher als Grundlage für das Systemdesign verwendet wird. Essentiell ist hierbei, dass alle (potentiellen) Nutzer beziehungsweise Inhaber eines spektralen Bereiches die Funktionalität eines derartigen Systems verwenden können. Hieraus ergibt sich bereits die Anforderung der Skalierbarkeit des Systems. Zur Entwicklung einer geeigneten Systemarchitektur werden bereits vorhandene Lösungsansätze zur Verwaltung und Speicherung von Daten hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit verglichen und bewertet. Des Weiteren erfolgt die Einbeziehung der geografischen Position. Um dies adäquat gewährleisten zu können, werden hierarchische Strukturen in Netzwerken untersucht und auf ihre Verwendbarkeit geprüft. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Spektrum-Management- Systems (SMSs) durch Adaption bereits vorhandener Technologien und Verfahren, sowie der Berücksichtigung aller definierten Anforderungen. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung einer zentralisierten Broker- Lösung nicht geeignet ist, da die Verzögerungszeit einen exponentiellförmigen Verlauf bezüglich der Anzahl der Anfragen aufweist und somit nicht skaliert. Dies kann mittels einer Distributed Hash Table (DHT)- basierten Erweiterung überwunden werden ohne dabei die Funktionalität der Broker-Lösung einzuschränken. Für die Einbringung der Geoinformation hat sich die hierarchische Struktur, vergleichbar zum Domain Naming Service (DNS) als geeignet erwiesen. Als Parameter für die Evaluierung hat sich die resultierende Zugriffszeit, das heißt die Zeit welche das System benötigt um Anfragen zu bearbeiten, sowie die resultierende Anzahl der versorgbaren Nutzer herausgestellt. Für die Simulation wird ein urbanes Areal mit fünf Gebäuden betrachtet. In der Mitte befindet sich ein sechsstöckiges Firmengebäude, welches in jedem Stockwerk mit einem Wireless Local Area Network Access Point (WLAN-AP) ausgestattet ist. Umliegend befinden sich vier Privathäuser, welche jeweils mit einem WLAN-AP ausgestattet sind. Das komplette Areal wird von drei Mobilfunkbetreibern mit je einer Basisstation (BS) versorgt. Als Ausgangspunkt für die Evaluierung erfolgt der Betrieb ohne SMS. Aus den Ergebnissen wird deutlich, dass eine Überlastung der Long Term Evolution Basisstationen (LTE-BSen) vorliegt (im Speziellen bei Betreiber A und B). Im zweiten Durchlauf wird das Szenario mit einem SMS betrachtet. Zusätzlich kommen in diesem Fall noch Mikro Basisstationen (Mikro-BSen) zum Einsatz, welche von der Spezifikation vergleichbar zu einem Wireless Local Area Network (WLAN) sind. Hier zeigt sich ein deutlich ausgewogeneres Systemverhalten. Alle BSen und Access Points (APs) befinden sich deutlich unterhalb der Volllastgrenze. Die Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit belegen, dass ein heterogenes, zeitweise überlastetes Funksystem, vollständig harmonisiert werden kann. Des Weiteren ermöglicht der Einsatz eines SMSs die effiziente Verwendung von temporär ungenutzten Frequenzbereichen (sogenannte White- und Gray-spaces).

Integrationskurslehrkräfte stehen im Bemühen der Bundesrepublik Deutschland um die gesellschaftliche Integration von Neuzugewanderten an „vorderster Front“. Sie erleben Integrationskurse als Orte der interkulturellen Begegnung und müssen gleichzeitig die besonderen Bedingungen des Lernens Erwachsener berücksichtigen. Die Arbeit untersucht mithilfe von Experteninterviews die Frage, welche Herausforderungen für die Lehrkräfte damit verbunden sind und wie sie diesen begegnen. Der Fokus liegt dabei auf dem Umgang mit weiblichen Teilnehmenden. Diese sind zum Zeitpunkt der Untersuchung überwiegend Geflüchtete aus dem arabischen Raum. Im ersten Hauptteil wird sich zunächst mit dem Kulturbegriff und dem Phänomen der Interkulturalität auseinandergesetzt. Konzepte zur interkulturellen Kompetenz werden vorgestellt. Ferner wird beschrieben, wie interkulturelles Lernen in der Erwachsenenbildung erfolgen kann. Die Curricula der Integrationskurse messen den Themen Interkulturalität und Wertevermittlung eine herausragende Bedeutung zu. Die Arbeit zeigt auf, dass an die Qualifikation der Lehrkräfte auf diesem Gebiet jedoch keinerlei verpflichtende Anforderungen gestellt werden. Der zweite Hauptteil der Arbeit umfasst die empirische Untersuchung: eine leitfadengestützte Befragung von acht Integrationskurslehrkräften. Die Auswertung der Interviews erfolgte kategorienbasiert mithilfe der inhaltlich strukturierenden qualitativen Inhaltsanalyse nach Kuckartz unter Verwendung von MAX-QDA-Software. Die Befragung zeigt, dass Integrationskurslehrkräften eine außerordentlich hohe interkulturelle Kompetenz abverlangt wird. Einerseits begegnen ihnen im Kurs lernfreudige Frauen, die an Bildung interessiert sind und eine Berufstätigkeit anstreben. Diese Frauen können ihren Bedürfnissen oft nicht in dem gewünschten Maße nachkommen. Gründe sind Mehrfachbelastungen durch Familienaufgaben, Rollenzuschreibungen durch das Familienumfeld aber auch das Fehlen einer wirkungsvollen Unterstützung der deutschen Behörden. Andererseits treffen die Lehrkräfte auf Teilnehmerinnen, die kein Interesse an Bildung und Beruf zeigen und kaum Lernfortschritte machen. Auf die beschriebene Heterogenität sind die Lehrkräfte weder kulturell noch didaktisch-methodisch vorbereitet. Sie meistern die interkulturellen Herausforderungen aufgrund ihrer biographischen Erfahrungen und mithilfe kollegialer Unterstützung. Allerdings wird deutlich, dass eine (selbst-)reflexive Haltung zu interkulturellen Themen, Wissen über die Herkunftskultur der Teilnehmerinnen sowie Kenntnisse zur Methodik der Wertevermittlung nur selten erworben wurden.

Numerical Godeaux surfaces are minimal surfaces of general type with the smallest possible numerical invariants. It is known that the torsion group of a numerical Godeaux surface is cyclic of order \(m\leq 5\). A full classification has been given for the cases \(m=3,4,5\) by the work of Reid and Miyaoka. In each case, the corresponding moduli space is 8-dimensional and irreducible. There exist explicit examples of numerical Godeaux surfaces for the orders \(m=1,2\), but a complete classification for these surfaces is still missing. In this thesis we present a construction method for numerical Godeaux surfaces which is based on homological algebra and computer algebra and which arises from an experimental approach by Schreyer. The main idea is to consider the canonical ring \(R(X)\) of a numerical Godeaux surface \(X\) as a module over some graded polynomial ring \(S\). The ring \(S\) is chosen so that \(R(X)\) is finitely generated as an \(S\)-module and a Gorenstein \(S\)-algebra of codimension 3. We prove that the canonical ring of any numerical Godeaux surface, considered as an \(S\)-module, admits a minimal free resolution whose middle map is alternating. Moreover, we show that a partial converse of this statement is true under some additional conditions. Afterwards we use these results to construct (canonical rings of) numerical Godeaux surfaces. Hereby, we restrict our study to surfaces whose bicanonical system has no fixed component but 4 distinct base points, in the following referred to as marked numerical Godeaux surfaces. The particular interest of this thesis lies on marked numerical Godeaux surfaces whose torsion group is trivial. For these surfaces we study the fibration of genus 4 over \(\mathbb{P}^1\) induced by the bicanonical system. Catanese and Pignatelli showed that the general fibre is non-hyperelliptic and that the number \(\tilde{h}\) of hyperelliptic fibres is bounded by 3. The two explicit constructions of numerical Godeaux surfaces with a trivial torsion group due to Barlow and Craighero-Gattazzo, respectively, satisfy \(\tilde{h} = 2\). With the method from this thesis, we construct an 8-dimensional family of numerical Godeaux surfaces with a trivial torsion group and whose general element satisfy \(\tilde{h}=0\). Furthermore, we establish a criterion for the existence of hyperelliptic fibres in terms of a minimal free resolution of \(R(X)\). Using this criterion, we verify experimentally the existence of a numerical Godeaux surface with \(\tilde{h}=1\).

The Symbol Grounding Problem (SGP) is one of the first attempts to proposed a hypothesis about mapping abstract concepts and the real world. For example, the concept "ball" can be represented by an object with a round shape (visual modality) and phonemes /b/ /a/ /l/ (audio modality). This thesis is inspired by the association learning presented in infant development. Newborns can associate visual and audio modalities of the same concept that are presented at the same time for vocabulary acquisition task. The goal of this thesis is to develop a novel framework that combines the constraints of the Symbol Grounding Problem and Neural Networks in a simplified scenario of association learning in infants. The first motivation is that the network output can be considered as numerical symbolic features because the attributes of input samples are already embedded. The second motivation is the association between two samples is predefined before training via the same vectorial representation. This thesis proposes to associate two samples and the vectorial representation during training. Two scenarios are considered: sample pair association and sequence pair association. Three main contributions are presented in this work. The first contribution is a novel Symbolic Association Model based on two parallel MLPs. The association task is defined by learning that two instances that represent one concept. Moreover, a novel training algorithm is defined by matching the output vectors of the MLPs with a statistical distribution for obtaining the relationship between concepts and vectorial representations. The second contribution is a novel Symbolic Association Model based on two parallel LSTM networks that are trained on weakly labeled sequences. The definition of association task is extended to learn that two sequences represent the same series of concepts. This model uses a training algorithm that is similar to MLP-based approach. The last contribution is a Classless Association. The association task is defined by learning based on the relationship of two samples that represents the same unknown concept. In summary, the contributions of this thesis are to extend Artificial Intelligence and Cognitive Computation research with a new constraint that is cognitive motivated. Moreover, two training algorithms with a new constraint are proposed for two cases: single and sequence associations. Besides, a new training rule with no-labels with promising results is proposed.

Entscheidungen und Entscheidungsprozesse der Legislative der Vereinigten Staaten von Amerika

Der Einstieg in ein kommunales Starkregenrisikomanagement muss über eine fundierte Risikoanalyse erfolgen, die mögliche Gefährdungen, Objektbetroffenheiten und Schadenspotenziale identifiziert und bewertet. GIS-basierte Verfahren stellen hierfür vergleichsweise einfache, effiziente Werkzeuge dar, deren Ergebnisse jedoch erheblich von subjektiven Festlegungen, der Qualität der Eingangsdaten und methodischen Einzelaspekten abhängen. Im Gegensatz zur vergleichsweise zuverlässig quantifizierbaren Gefährdung entzieht sich die Objektvulnerabilität bislang mangels Daten noch einer gebietsweiten Beurteilung. Auch die Ersatzgröße Schadenspotenzial lässt sich nur schwer auf mikroskaliger Ebene erfassen. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Gesamtkonzept einer GIS-basierten Risikoanalyse widmet sich zum einen einer methodischen Vertiefung der einzelnen Arbeitsschritte und analysiert die Auswirkungen unterschiedlicher Festlegungen auf die generierten Ergebnisse. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf dem Einfluss der Eingangsdaten und deren optimaler Verwertung. Parallel dazu werden die Abbildungsdefizite der Vulnerabilität näher untersucht und Vorschläge für eine methodische Verbesserung der gebietsweiten Schadenspotenzialanalyse ausgearbeitet. Beide Schritte münden in Empfehlungen zur Anwendung sowie zur Ergebnisverwertung im Zuge der weiterführenden Risikokommunikation. Die Untersuchungen zeigen, dass vor allem die Vorglättung des Oberflächenmodells (DOM) das Gefährdungsergebnis prägt und dass für Senken und Fließwege unterschiedliche DOM-Aufbereitungen erforderlich sind. Ferner darf die methodische Berücksichtigung weiterer gefährdungsrelevanter Parameter nicht die Effizienz und Handhabungsvorteile beeinträchtigen. Die Abbildung von Vulnerabilitäten auf Objektebene scheitert vorrangig an mangelnden Angaben zur Objektanfälligkeit und zur Bewältigungskapazität, während sich Schadenspotenziale sehr grob anhand von Nutzungsdaten abschätzen lassen. Eine bessere Objektivierung der Schadenspotenzialanalyse lässt sich erreichen, wenn dieses getrennt nach Vulnerabilitätsdimensionen bewertet wird und wenn dazu charakteristische Schadenstypen als Hilfsgrößen der Bewertung verwendet werden. Risikobewertungen sind vorrangig vulnerabilitätsbezogen, d. h. mit Fokus auf möglichen Schadensausmaße und Präventionsmaßnahmen durchzuführen. Dies kann jedoch nur auf Objektebene, konkret durch bzw. mit dem potenziell Betroffenen erfolgen. Damit wird die Risikoanalyse zwangsläufig zu einem gemeinsamen Prozess und Dialog zwischen kommunaler Verantwortung zu Information und Aufklärung auf der einen Seite und individueller Eigenverantwortung und Risikoakzeptanz auf der anderen Seite.

We deduce cell population models describing the evolution of a tumor (possibly interacting with its environment of healthy cells) with the aid of differential equations. Thereby, different subpopulations of cancer cells allow accounting for the tumor heterogeneity. In our settings these include cancer stem cells known to be less sensitive to treatment and differentiated cancer cells having a higher sensitivity towards chemo- and radiotherapy. Our approach relies on stochastic differential equations in order to account for randomness in the system, arising e.g., by the therapy-induced decreasing number of clonogens, which renders a pure deterministic model arguable. The equations are deduced relying on transition probabilities characterizing innovations of the two cancer cell subpopulations, and similarly extended to also account for the evolution of normal tissue. Several therapy approaches are introduced and compared by way of tumor control probability (TCP) and uncomplicated tumor control probability (UTCP). A PDE approach allows to assess the evolution of tumor and normal tissue with respect to time and to cell population densities which can vary continuously in a given set of states. Analytical approximations of solutions to the obtained PDE system are provided as well.

Though environmental inequality research has gained extensive interest in the United States, it has received far less attention in Europe and Germany. The main objective of this book is to extend the research on environmental inequality in Germany. This book aims to shed more light on the question of whether minorities in Germany are affected by a disproportionately high burden of environmental pollution, and to increase the general knowledge about the causal mechanisms, which contribute to the unequal distribution of environmental hazards across the population. To improve our knowledge about environmental inequality in Germany, this book extends previous research in several ways. First, to evaluate the extent of environmental inequality, this book relies on two different data sources. On the on hand, it uses household-level survey data and self-reports about the impairment through air pollution. On the other hand, it combines aggregated census data and objective register-based measures of industrial air pollution by using geographic information systems (GIS). Consequently, this book offers the first analysis of environmental inequality on the national level that uses objective measures of air pollution in Germany. Second, to evaluate the causes of environmental inequality, this book applies a panel data analysis on the household level, thereby offering the first longitudinal analysis of selective migration processes outside the United States. Third, it compares the level of environmental inequality between German metropolitan areas and evaluates to which extent the theoretical arguments of environmental inequality can explain differing levels of environmental inequality across the country. By doing so, this book not only investigates the impact of indicators derived by the standard strand of theoretical reasoning but also includes structural characteristics of the urban space. All studies presented in this book confirm the disproportionate exposure of minorities to environmental pollution. Minorities live in more polluted areas in Germany but also in more polluted parts of the communities, and this disadvantage is most severe in metropolitan regions. Though this book finds evidence for selective migration processes contributing to the disproportionate exposure of minorities to environmental pollution, it also stresses the importance of urban conditions. Especially cities with centrally located industrial facilities yield a high level of environmental inequality. This poses the question of whether environmental inequality might be the result of two independent processes: 1) urban infrastructure confines residential choices of minorities to the urban core, and 2) urban infrastructure facilitates centrally located industries. In combination, both processes lead to a disproportionate burden of minority households.

Computational problems that involve dynamic data, such as physics simulations and program development environments, have been an important subject of study in programming languages. Recent advances in self-adjusting computation made progress towards achieving efficient incremental computation by providing algorithmic language abstractions to express computations that respond automatically to dynamic changes in their inputs. Selfadjusting programs have been shown to be efficient for a broad range of problems via an explicit programming style, where the programmer uses specific primitives to identify, create and operate on data that can change over time. This dissertation presents implicit self-adjusting computation, a type directed technique for translating purely functional programs into self-adjusting programs. In this implicit approach, the programmer annotates the (toplevel) input types of the programs to be translated. Type inference finds all other types, and a type-directed translation rewrites the source program into an explicitly self-adjusting target program. The type system is related to information-flow type systems and enjoys decidable type inference via constraint solving. We prove that the translation outputs well-typed self-adjusting programs and preserves the source program’s input-output behavior, guaranteeing that translated programs respond correctly to all changes to their data. Using a cost semantics, we also prove that the translation preserves the asymptotic complexity of the source program. As a second contribution, we present two techniques to facilitate the processing of large and dynamic data in self-adjusting computation. First, we present a type system for precise dependency tracking that minimizes the time and space for storing dependency metadata. The type system improves the scalability of self-adjusting computation by eliminating an important assumption of prior work that can lead to recording spurious dependencies. We present a type-directed translation algorithm that generates correct selfadjusting programs without relying on this assumption. Second, we show a probabilistic-chunking technique to further decrease space usage by controlling the fundamental space-time tradeoff in self-adjusting computation. We implement implicit self-adjusting computation as an extension to Standard ML with compiler and runtime support. Using the compiler, we are able to incrementalize an interesting set of applications, including standard list and matrix benchmarks, ray tracer, PageRank, sparse graph connectivity, and social circle counts. Our experiments show that our compiler incrementalizes existing code with only trivial amounts of annotation, and the resulting programs bring asymptotic improvements to large datasets from real-world applications, leading to orders of magnitude speedups in practice.

Die vorliegende Forschung fokussiert den Fachkräfteerhalt im Gesundheitswesen aus erziehungs- und sozialwissenschaftlicher Perspektive. Dabei geht die Untersuchung den Fragen nach, welche Faktoren den Verbleib im Pflegeberuf beeinflussen, inwieweit die Implementierung gesundheitsfördernder Maßnahmen (BGF) innerhalb des Betrieblichen Gesundheitsmanagements (BGM) zum Erhalt im Pflegeberuf beiträgt und welche gesundheitsfördernden Maßnahmen Pflegefachkräfte benötigen, um (weiterhin) im Beruf arbeiten zu können. Erziehungs- und sozialwissenschafliches Erkenntnisinteresse liegt darin, was zur Vermittlung gesundheitsrelevanter Informationen in der Kindheit beigetragen hat und wie diese Aneignungsprozesse den Begriff der individuellen Gesundheit geprägt haben. Die sozialwissenschaftliche Theoriebasis bildet zum einen das Segment des kulturellen Kapitals der „Habitus/Feld-Theorie“ Bourdieus, der als Aneignung von Kulturkapital die Vermittlung vorschulischer Bildung kennzeichnet, die untrennbar mit dem Individuum verbunden ist. Ein weiteres Teilelement der theoretischen Ausgangsbasis fußt auf autopoietischen Aspekten der „System/Umwelt-Theorie“ Luhmanns, der individuelle Selbststeuerungsprozesse für die Aufnahme und Verarbeitung (gesundheitsrelevanter) Informationen verantwortlich macht. Organisationspädagogische Komponenten bilden den Rahmen des theoretischen Modells, die als Verbindung zwischen Individuum und Organisation fungieren und ädaquate Angebots-strukturen zur Vermittlung einer adressatengerechten Gesundheitsförderung anbieten. Über-einstimmend in allen drei Theorieelementen wird die individuelle Systemgeschichte (Biografie) als relevanter Kernaspekt identifiziert, die sich in der Empirie widerspiegelt. Zur Beantwortung der Forschungsfragen werden sowohl quantitative als auch qualitative Methoden der empirsichen Sozialforschung gewählt; mit einer Reichweite der Analyse von Dokumenten über qualitative Interviews bis hin zur Entwicklung von Typen. Als bedeutsame empirische Kernkategorie kristallisiert sich die Zuschreibung „Wertschät-zung/Anerkennung“ heraus, die sich bereits im Theorieteil wiederfindet. Da die Studie „PflegeWert“ (2011) in der Altenpflege durchgeführt wurde, nimmt die vorliegende Forschung ausschließlich klinisch tätige Pflegefachkräfte in den Blick. Schlüsselbegriffe: Kulturelles Kapital; Autopoiesis; Organisationspädagogik; System-geschichte; Typologie; Wertschätzung

Berufliche Umbrüche sind Teil der Entwicklung eines Menschen. Sie berühren auch seine Persönlichkeit und seine Identität. Wann kann man von gelingender Identitätsentwicklung sprechen? Woran lässt sich diese festmachen? Kann berufsbiografische Diskontinuität einen gelingenden Beitrag zur Identitätsentwicklung darstellen? Und wenn ja, wie? Was bedeutet es, berufliche Umbrüche nicht nur anzunehmen, sondern auch zu gestalten, damit sie einen positiven Beitrag zur Identitätsentwicklung leisten? Welche Faktoren sind dafür förderlich? Und wie sollten diese Erkenntnisse in der erwachsenenbildnerischen Praxis berücksichtigt werden? Die Arbeit nimmt zunächst den Begriff der Identität in den Blick und wendet sich besonders dem Begriff der Anerkennung zu. Nach Betrachtungen zum Zusammenhang von Identität und Erwerbsarbeit sowie einem Überblick über die Phasen von Erwerbsbiografien werden erwachsenenpädagogische Überlegungen angestellt, die für Transitionsprozesse benötigte Kompetenzen ins Zentrum stellen und Konsequenzen für die Arbeit in Einrichtungen der Erwachsenenbildung darstellen.

Im Fokus dieser Promotionsarbeit stand die Synthese neuer kationischer Eisenkomplexe, die sowohl einen Cyclopentadienyl-, als auch einen Phenylliganden besitzen. Der Sechsringligand wurde dabei mit stickstoff- oder phosphorhaltigen Substituenten funktionalisiert. Dabei konnten erstmals Eisenarenkomplexe mit Azidobenzolliganden isoliert und charakterisiert werden. Die Umsetzung mit heterocyclischen Nucleophilen zeigte bei den 1,2,3-Triazolen die Möglichkeit in 1- und 2-Position eine Bindungsknüpfung einzugehen. Dies konnte durch die Verwendung von Imidazolidsalzen umgangen werden und so konnte eine Reihe mono- und disubstituierter Eisenkomplexe mit Methylimidazol und Benzimidazol synthetisiert werden. Durch Alkylierung und Benzylierung gelang auf diesem Weg der Zugang zu di- und trikationischen Eisenarenkomplexen, welche die Vorstufe zu NHC-Komplexen bilden. Für die Funktionalisierung mit phosphorhaltigen Gruppen konnte ein Syntheseweg erarbeitet und auf disubstituierte Komplexe übertragen werden. Es gelang durch die Koordination von Gold einen kationischen heterobimetallischen Komplex zu synthetisieren und vollständig zu charakterisieren. Dieser zeigte in mehreren Cyclisierungsreaktionen hohe katalytische Aktivität, welche über der literaturbekannter Katalysatoren lag. Mitunter konnten vergleichbare Umsätze unter milderen Bedingungen erzielt werden.

Increasing costs due to the rising attrition of drug candidates in late developmental phases alongside post-marketing withdrawal of drugs challenge the pharmaceutical industry to further improve their current preclinical safety assessment strategies. One of the most common reasons for the termination of drug candidates is drug induced hepatotoxicity, which more often than not remains undetected in early developmental stages, thus emphasizing the necessity for improved and more predictive preclinical test systems. One reason for the very limited value of currently applied in vitro test systems for the detection of potential hepatotoxic liabilities is the lack of organotypic and tissue-specific physiology of hepatocytes cultured in ordinary monolayer culture formats. The thesis at hand primarily deals with the evaluation of both two- and three-dimensional cell culture approaches with respect to their relative ability to predict the hepatotoxic potential of drug candidates in early developmental phases. First, different hepatic cell models, which are routinely used in pharmaceutical industry (primary human hepatocytes as well as the three cell lines HepG2, HepaRG and Upcyte hepatocytes), were investigated in conventional 2D monolayer culture with respect to their ability to detect hepatotoxic effects in simple cytotoxicity studies. Moreover, it could be shown that the global protein expression levels of all cell lines substantially differ from that of primary human hepatocytes, with the least pronounced difference in HepaRG cells. The introduction of a third dimension through the cultivation of spheroids enables hepatocytes to recapitulate their typical native polarity and furthermore dramatically increases the contact surface of adjacent cells. These differences in cellular architecture have a positive influence on hepatocyte longevity and the expression of drug metabolizing enzymes and transporters, which could be proven via immunofluorescent (IF) staining for at least 14 days in PHH and at least 28 days in HepaRG spheroids, respectively. Additionally, the IF staining of three different phase III transporters (MDR1, MRP2 and BSEP) indicated a bile canalicular network in spheroids of both cell models. A dose-dependent inducibility of important cytochrome P450 isoenzymes in HepaRG spheroids could be shown on the protein level via IF for at least 14 days. CYP inducibility of HepaRG cells cultured in 2D and 3D was compared on the mRNA level for up to 14 days and inducibility was generally lower in 3D compared to 2D under the conditions of this study. In a comparative cytotoxicity study, both PHH and HepaRG spheroids as well as HepaRG monolayers have been treated with five hepatotoxic drugs for up to 14 days and viability was measured at three time points (days 3, 7 and 14). A clear time- and dose-dependent onset of the drug-induced hepatotoxic effects was observable in all conditions tested, indicated by a shift of the respective EC50 value towards lower doses by increasing exposure. The observed effects were most pronounced in PHH spheroids, thus indicating those as the most sensitive cell model in this study. Moreover, HepaRG cells were more sensitive in spheroid culture compared to monolayers, which suggests a potential application of spheroids as long-term test system for the detection of hepatotoxicities with slow onset. Finally, the basal protein expression levels of three antigens (CYP1A2, CYP3A4 and NAT 1/2) were analyzed via Western Blotting in HepaRG cells cultured in three different cell culture formats (2D, 3D and QV) in order to estimate the impact of the cell culture conditions on protein expression levels. In the QV system enables a pump-driven flow of cell culture media, which introduces both mechanical stimuli through shear and molecular stimuli through dynamic circulation to the monolayer. Those stimuli resulted in a clearly positive effect on the expression levels of the selected antigens by an increased expression level in comparison to both 2D and 3D. In contrast, HepaRG spheroids showed time-dependent differences with the overall highest levels at day 7. The studies presented in this thesis delivered valuable information on the increased physiological relevance in dependence on the cell culture format: three-dimensionality as well as the circulation of media lead to a more differentiated phenotype in hepatic cell models. Those cell culture formats are applicable in preclinical drug development in order to obtain more relevant information at early developmental stages and thus help to create a more efficient drug development process. Nonetheless, further studies are necessary to thoroughly characterize, validate and standardize such novel cell culture approaches prior to their routine application in industry.

Road accidents remain as one of the major causes of death and injuries globally. Several million people die every year due to road accidents all over the world. Although the number of accidents in European region have reduced in the past years, road safety still remains a major challenge. Especially in case of commercial trucks, due to the size and load of the vehicle, even minor collisions with other road users would lead to serious injuries or death. In order to reduce number of accidents, automotive industry is rapidly developing advanced driver assistance systems (ADAS) and automated driving technologies. Efficient and reliable solutions are required for these systems to sense, perceive and react to different environmental conditions. For vehicle safety applications such as collision avoidance with vulnerable road users (VRUs), it is not only important for the system to efficiently detect and track the objects in the vicinity of the vehicle but should also function robustly. An environment perception solution for application in commercial truck safety systems and for future automated driving is developed in this work. Thereby a method for integrated tracking and classification of road users in the near vicinity of the vehicle is formulated. The drawbacks in conventional multi-object tracking algorithms with respect to state, measurement and data association uncertainties have been addressed with the recent advancements in the field of unified multi-object tracking solutions based on random finite sets (RFS). Gaussian mixture implementation of the recently developed labeled multi-Bernoulli (LMB) filter [RSD15] is used as the basis for multi-object tracking in this work. Measurement from an high-resolution radar sensor is used as the main input for detecting and tracking objects. On one side, the focus of this work is on tracking VRUs in the near vicinity of the truck. As it is beneficial for most of the vehicle safety systems to also know the category that the object belongs to, the focus on the other side is also to classify the road users. All the radar detections believed to originate from a single object are clustered together with help of density based spatial clustering for application with noise (DBSCAN) algorithm. Each cluster of detections would have different properties based on the respective object characteristics. Sixteen distinct features based on radar detections, that are suitable for separating pedestrians, bicyclists and passenger car categories are selected and extracted for each of the cluster. A machine learning based classifier is constructed, trained and parameterised for distinguishing the road users based on the extracted features. The class information derived from the radar detections can further be used by the tracking algorithm, to adapt the model parameters used for precisely predicting the object motion according to the category of the object. Multiple model labeled multi-Bernoulli filter (MMLMB) is used for modelling different object motions. Apart from the detection level, the estimated state of an object on the tracking level also provides information about the object class. Both these informations are fused using Dempster-Shafer theory (DST) of evidence, based on respective class probabilities Thereby, the output of the integrated tracking and classification with MMLMB filter are classified tracks that can be used by truck safety applications with better reliability. The developed environment perception method is further implemented as a real-time prototypical system on a commercial truck. The performance of the tracking and classification approaches are evaluated with the help of simulation and multiple test scenarios. A comparison of the developed approaches to a conventional converted measurements Kalman filter with global nearest neighbour association (CMKF-GNN) shows significant advantages in the overall accuracy and performance.

This research explores the development of web based reference software for characterisation of surface roughness for two-dimensional surface data. The reference software used for verification of surface characteristics makes the evaluation methods easier for clients. The algorithms used in this software are based on International ISO standards. Most software used in industrial measuring instruments may give variations in the parameters calculated due to numerical changes in calculation. Such variations can be verified using the proposed reference software. The evaluation of surface roughness is carried out in four major steps: data capture, data align, data filtering and parameter calculation. This work walks through each of these steps explaining how surface profiles are evaluated by pre-processing steps called fitting and filtering. The analysis process is then followed by parameter evaluation according to DIN EN ISO 4287 and DIN EN ISO 13565-2 standards to extract important information from the profile to characterise surface roughness.

If gradient based derivative algorithms are used to improve industrial products by reducing their target functions, the derivatives need to be exact. The last percent of possible improvement, like the efficiency of a turbine, can only be gained if the derivatives are consistent with the solution process that is used in the simulation software. It is problematic that the development of the simulation software is an ongoing process which leads to the use of approximated derivatives. If a derivative computation is implemented manually, it will be inconsistent after some time if it is not updated. This thesis presents a generalized approach which differentiates the whole simulation software with Algorithmic Differentiation (AD), and guarantees a correct and consistent derivative computation after each change to the software. For this purpose, the variable tagging technique is developed. The technique checks at run-time if all dependencies, which are used by the derivative algorithms, are correct. Since it is also necessary to check the correctness of the implementation, a theorem is developed which describes how AD derivatives can be compared. This theorem is used to develop further methods that can detect and correct errors. All methods are designed such that they can be applied in real world applications and are used within industrial configurations. The process described above yields consistent and correct derivatives but the efficiency can still be improved. This is done by deriving new derivative algorithms. A fixed-point iterator approach, with a consistent derivation, yields all state of the art algorithms and produces two new algorithms. These two new algorithms include all implementation details and therefore they produce consistent derivative results. For detecting hot spots in the application, the state of the art techniques are presented and extended. The data management is changed such that the performance of the software is affected only marginally when quantities, like the number of input and output variables or the memory consumption, are computed for the detection. The hot spots can be treated with techniques like checkpointing or preaccumulation. How these techniques change the time and memory consumption is analyzed and it is shown how they need to be used in selected AD tools. As a last step, the used AD tools are analyzed in more detail. The major implementation strategies for operator overloading AD tools are presented and implementation improvements for existing AD tools are discussed.\ The discussion focuses on a minimal memory consumption and makes it possible to compare AD tools on a theoretical level. The new AD tool CoDiPack is based on these findings and its design and concepts are presented. The improvements and findings in this thesis make it possible, that an automatic, consistent and correct derivative is generated in an efficient way for industrial applications.

Die Arbeit stellt in Form eines Theorie-Praxis-Transfers eine Möglichkeit dar, der zunehmenden Heterogenität in der Schuleingangsphase durch die Bildung jahrgangsgemischter Klassen Rechnung zu tragen. Es werden Voraussetzungen, Mittel, Wege und Stolpersteine dargestellt und besonders die Aufgaben der Schulleitung als Verantwortliche des Schulentwicklungsprozesses dargestellt.

Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit ist die Darstellung von wissenschaftlichen Erkenntnissen der Organisationstheorie und der educational governance Forschung über das Entstehen von öffentlichen Verwaltungen sowie deren Ansätze zur Reformierung. Die öffentliche Bildungsverwaltung in Niedersachsen wird an diese Erkenntnisse angelehnt und der Stand der Bildungsreform an den theoretischen Erkenntnissen gemessen. Ebenso wird das Geflecht der unterschiedlichen behördlichen Ebenen näher beleuchtet sowie deren Funktionalitäten bzw. Dysfunkionalitäten analysiert.

Der Bericht beinhaltet die Punkte "Informationstechnik und digitale Bibliothekstechnik" "Literatur- und Sachmittel", "Bewirtschaftung", "Medienbearbeitung", "Benutzung" und "Personelle Änderungen" innerhalb der Universitätsbibliothek Kaiserslautern für das Jahr 2017.

Kapitel eins fokussiert auf die Forschungsfragen und Bezugstheorien der vorliegenden Arbeit. In Kapitel zwei geht es um die Darstellung des Anerkennungsbegriffs, Überlegungen zur Entwicklung von Anerkennungsverhältnissen und die drei für diese Arbeit wesentlichen Anerkennungstheorien von Wolfgang Müller-Commichau, Axel Honneth und Werner Nothdurft. Kapitel drei ist der 'Emotionalen Kompetenz' gewidmet und umfasst neben Definitionsversuchen die Beschreibung unterschiedlicher Aspekte emotionaler Kompetenz, die Darstellung der Begriffe Empathie, Verstehensfähigkeit, Introspektions- und Selbstreflexionsfähigkeit – Eigenschaften, die sowohl für die Suche als auch für das Geben von Anerkennung Bedeutung haben und schließt mit Überlegungen zur Förderung emotionaler Kompetenz in Kontexten der Erwachsenenbildung. In Kapitel vier gerät die Kommunikationsfähigkeit/Gesprächskompetenz in den Fokus. Nach einer Beschreibung der Begriffe werden Fragen dazu, wie gelingende Gespräche, wie ein verstehender Dialog aussehen könnte, thematisiert und wie Kommunikationsfähigkeit/ Gesprächskompetenz in erwachsenenpädagogischen Settings weiterentwickelt werden könnte. Kapitel fünf stellt anerkennende pädagogische Beziehungsgestaltungen ins Zentrum der Betrachtung. In den Fokus gelangen wechselseitige Anerkennungsverhältnisse (Beispiel Anerkennungsskulptur) und die bejahende/ ermöglichende bzw. begrenzende Perspektive (Verkennung, Missverstehen, ausbleibende Anerkennung) von Anerkennung. Kapitel sechs bringt eine Zusammenfassung der Ergebnisse, die in ihrer Relevanz für die Gestaltung von Anerkennungsverhältnissen in Kontexten der Erwachsenenbildung dargestellt werden. Am Ende des Kapitels geht es um Überlegungen zu einer Kultur der Anerkennung, um Anerkennung als Haltung. Das Schlusskapitel sieben bringt ein Resümee und einen Ausblick mit neuen Forschungsfragen zum Thema Anerkennung.

Fast Internet content delivery relies on two layers of caches on the request path. Firstly, content delivery networks (CDNs) seek to answer user requests before they traverse slow Internet paths. Secondly, aggregation caches in data centers seek to answer user requests before they traverse slow backend systems. The key challenge in managing these caches is the high variability of object sizes, request patterns, and retrieval latencies. Unfortunately, most existing literature focuses on caching with low (or no) variability in object sizes and ignores the intricacies of data center subsystems. This thesis seeks to fill this gap with three contributions. First, we design a new caching system, called AdaptSize, that is robust under high object size variability. Second, we derive a method (called Flow-Offline Optimum or FOO) to predict the optimal cache hit ratio under variable object sizes. Third, we design a new caching system, called RobinHood, that exploits variances in retrieval latencies to deliver faster responses to user requests in data centers. The techniques proposed in this thesis significantly improve the performance of CDN and data center caches. On two production traces from one of the world's largest CDN AdaptSize achieves 30-91% higher hit ratios than widely-used production systems, and 33-46% higher hit ratios than state-of-the-art research systems. Further, AdaptSize reduces the latency by more than 30% at the median, 90-percentile and 99-percentile. We evaluate the accuracy of our FOO analysis technique on eight different production traces spanning four major Internet companies. We find that FOO's error is at most 0.3%. Further, FOO reveals that the gap between online policies and OPT is much larger than previously thought: 27% on average, and up to 43% on web application traces. We evaluate RobinHood with production traces from a major Internet company on a 50-server cluster. We find that RobinHood improves the 99-percentile latency by more than 50% over existing caching systems. As load imbalances grow, RobinHood's latency improvement can be more than 2x. Further, we show that RobinHood is robust against server failures and adapts to automatic scaling of backend systems. The results of this thesis demonstrate the power of guiding the design of practical caching policies using mathematical performance models and analysis. These models are general enough to find application in other areas of caching design and future challenges in Internet content delivery.

The simulation of cutting process challenges established methods due to large deformations and topological changes. In this work a particle finite element method (PFEM) is presented, which combines the benefits of discrete modeling techniques and methods based on continuum mechanics. A crucial part of the PFEM is the detection of the boundary of a set of particles. The impact of this boundary detection method on the structural integrity is examined and a relation of the key parameter of the method to the eigenvalues of strain tensors is elaborated. The influence of important process parameters on the cutting force is studied and a comparison to an empirical relation is presented.

Bedeutung des Konzepts außerschulischer Lernorte für die Pflegeausbildung, Kompetenzentwicklung durch das Aufsuchen außerschulischer Lernorte, Anwendung des Konzepts außerschulischer Lernorte auf unterschiedliche pflegerelevante Themen, konkrete Umsetzungsstrategien für das Konzept außerschulischer Lernorte in der Pflegeausbildung

Im Rahmen dieser Dissertation wurden nachhaltige Konzepte zur selektiven C-C, C-N, und C-S Bindungsknüpfung erarbeitet. Der Fokus lag dabei auf der Entwicklung katalytischer und ressourcenschonender Prozesse, die auf leicht zugänglichen und kostengünstigen Startmaterialien beruhen. Im ersten Teilprojekt gelang es, eine abfallminimierte Eintopfsynthese von Amiden ausgehend von den entsprechenden Ammoniumcarboxylaten und einem niedermolekularen Alkin als Aktivator zu entwickeln. Entscheidend hierbei war die Identifikation eines hochaktiven und stabilen Rutheniumkatalysators, mit dem die Addition des Carboxylates an das Alkin selbst in Gegenwart von Aminen möglich ist. Eine Aminolyse der intermediär gebildeten Enolester liefert im Anschluss die gewünschten Amide zusammen mit einer niedermolekularen und leicht abtrennbaren Carbonylverbindung als einzigem Nebenprodukt. In einem weiteren Projekt gelang es eine carboxylatdirigierte ortho-Arylierung von Benzoesäuren mit kostengünstigen und breit verfügbaren Arylhalogeniden zu entwickeln. Der bei diesem Verfahren eingesetzte Rutheniumkatalysator besticht dabei nicht nur durch seine hohe Aktivität, sondern ist im Vergleich zu bisher genutzten Katalysatoren um ein vielfaches günstiger und erlaubt selbst die Umsetzung von unreaktiveren Arylchloriden. Durch Kombination dieser neu entwickelten Methode mit einer Protodecarboxylierung bzw. einer decarboxylierenden Kreuzkupplung konnte weiterhin die Carboxygruppe als Ankerpunkt für weitere Funktionalisierungsschritte genutzt und so deren Überlegenheit im Vergleich zu anderen dirigierenden Gruppen demonstriert werden. Daneben gelang in einem dritten Teilprojekt, welches zwei thematisch sehr verwandte Unterprojekte umfasst, die Einführung der pharmakologisch bedeutsamen Trifluormethylthiolgruppe in aliphatische Substrate unter Verzicht auf stöchiometrische Mengen an präformierten Metallspezies. Unter Verwendung der lagerstabilen Me4NSCF3 Vorstufe, welche aus den kommerziell erhältlichen Reagenzien Me4NF, elementarem Schwefel und TMS-CF3 zugänglich ist, konnten -Diazoester erstmals mit katalytischen Mengen eines Kupfersalzes zu den entsprechenden trifluormethylthiolierten Produkten umgesetzt werden. Zusätzlich hierzu gelang es, über eine indirekte Reaktionsführung aliphatische Kohlenstoffelektrophile, wie Halogenide oder Mesylate, in einer Eintopfreaktion zunächst zu thiocyanieren und anschließend über einen Langlois-Austausch mit kostengünstigem TMS-CF3 in die entsprechenden trifluormethylthiolierten Spezies umzuwandeln. Beide Verfahren bestechen mit einer hohen Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen und einer deutlichen Reduktion der gebildeten Abfallmengen im Vergleich zu etablierten Verfahren. Im letzten Teilprojekt dieser Arbeit konnte eine abfallfreie Hydroxymethylierung terminaler Alkine unter Nutzung von CO2 als nachhaltigem C1-Baustein realisiert werden. Durch den Einsatz der organischen Base 2,2,6-6-Tetramethylpiperidin werden Phenylacetylenderivate in einem sequentiellen Eintopfverfahren zunächst carboxyliert und im Anschluss daran zu den entsprechenden Alkoholen hydriert, wobei die Base nach der Sequenz wieder freigesetzt und als einziges Nebenprodukt Wasser gebildet wird. Analog dazu gelang es durch die Nutzung von Kaliumphosphat als Base dieses Konzept auch auf die anspruchsvolleren aliphatisch substituierten Alkine zu übertragen. Als Schlüsselschritt dieser Reaktionssequenz gilt eine Veresterung der intermediär gebildeten Kaliumcarboxylate in Methanol unter CO2 Druck. Das zusammen mit dem Produkt gebildete Basengemisch aus Kaliumhydrogencarbonat und Dikaliumhydrogenphosphat kann anschließend durch thermische Behandlung wieder in Wasser, Kohlendioxid und die eingesetzte Base Kaliumphosphat umgewandelt werden, sodass in der Gesamtsequenz lediglich Wasser als Nebenprodukt anfällt.

Informatorische Systeme finden zunehmend Eingang in Bildungseinrichtungen. „Schulen ans Netz“, eine 2012 abgeschlossene Förderinitiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) unter Beteiligung der Deutschen Telekom, ist ein Beispiel dafür. Das Land Rheinland-Pfalz stellt mit moodle@RLP Studienseminaren und Schulen eine kostenlose und wartungsfreundliche Lernplattform zur Verfügung. Neben dem Einsatz zu unterrichtlichen Zwecken legt der Verfasser das Augenmerk auf Möglichkeiten zur Optimierung schulorganisatorischer Arbeitsprozesse, zum Beispiel im Hinblick auf die Raum- und Gerätereservierung oder die Archivierung und Katalogisierung von Dokumenten und Unterrichtsmaterialien. Es werden hierzu notwendige Konfigurationseinstellungen erläutert und auf diese Weise eine virtuelle Organisationsstruktur einer Schule realisiert. Ihre Implementierung ist im Rahmen eines Schulentwicklungsprozesses an der IGS Wörth praktisch erprobt worden. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse bilden eine Basis für eine allgemeine, an der Praxis orientierten und theoretisch fundierten Handreichung zur Implementierung von moodle an Schulen. Insgesamt kommt die Studie zu dem Schluss, dass moodle durchaus eine Reihe an Möglichkeiten zur Verbesserung sowohl unterrichtlicher als auch schulorganisatorischer Aspekte besitzt, die jedoch nur dann zielführend ihre Wirkung entfalten können, wenn Schulentwicklungsprozesse erfolgreich durchgeführt werden. Hier kommt der Schulleitung eine Schlüsselrolle zu.

Das „Herzstück der Gewährleistung“ in Unternehmenskaufverträgen bilden die Jahresabschlussgarantien, sog. Bilanzgarantien. Dabei sichert der Verkäufer dem Käufer auf der Tatbestandseite von Bilanzgarantien zu, dass der Jahresabschluss des Zielunternehmens in Übereinstimmung mit den gesetzlichen Vorschriften er-stellt wurde. Das Interesse des Verkäufers besteht darin, nach dem Verkauf des Unternehmens frei über den Kaufpreis verfügen zu können, ohne dass es zu einer Haftungsinanspruchnahme durch den Käufer kommt. Die Arbeit beschäftigt sich aus unternehmenspraktischer und juristischer Sicht mit den Rechtsfolgen bei Ein-tritt des Garantiefalls, insbesondere der Bilanzauffüllung im Lichte des Schadens-rechts der §§ 249 ff. BGB.

Vor dem Hintergrund einer Häufung schadensträchtiger Ereignisse in den letzten Jahren und einer zukünftig möglichen Zunahme extremer Niederschläge infolge des Klimawandels sind mittlerweile methodische Ansätze des Risikomanagements im Rahmen einer kommunalen Überflutungsvorsorge etabliert. Zu der dafür erforderlichen ortsbezogenen Analyse konkreter Überflutungsgefährdungen existieren aktuell verschiedene methodische Ansätze unterschiedlicher Komplexität und Aussagekraft. Bestehende Anwendungsempfehlungen und vergleichende Untersuchungen stellen die integrale Berechnung des oberirdischen und unterirdischen Abflusses mithilfe bi-direktional gekoppelter 1D/2D-Abflussmodelle als den methodisch umfassendsten und aussagekräftigsten Ansatz zur Durchführung entsprechender Analysen dar. Die hohe Komplexität dieser Modelle schlägt sich in einer Vielzahl an Einflussgrößen nieder, welche sich auf die Berechnungsergebnisse auswirken können. Zusätzlich ist die Kalibrierung von Modellen zur Überflutungssimulation aufgrund der oftmals fehlenden „Messdaten“ zum realen Überflutungsgeschehen stark begrenzt. Aufgrund fehlender konkreter Vorgaben und Empfehlungen zur Anwendung der Methode bzw. zur Modellkonfiguration ist die Vergleichbarkeit von Analyseergebnissen und Gefährdungsaussagen derzeit nicht gegeben. Die Ziele der vorliegenden Arbeit sind die Identifizierung und Quantifizierung von Einflussgrößen und die Erarbeitung entsprechender Anwendungsempfehlungen zur Erhöhung der Vergleichbarkeit beim Einsatz bi-direktional gekoppelter 1D/2DAbflussmodelle zur überflutungsbezogenen Gefährdungsanalyse. Für zwei Modellgebiete, die sich hinsichtlich relevanter Gebietseigenschaften stark unterscheiden, wurden bi-direktional gekoppelte 1D/2D-Abflussmodelle mit einer Referenzkonfiguration erstellt und mithilfe von Daten zu historischen Überflutungsereignissen bestmöglich plausibilisiert. Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse an den beiden Referenzmodellen wurde eine große Zahl an Zusammenhängen und Auswirkungen durch Auslenkung relevanter Einflussgrößen identifiziert und quantifiziert. Um eine anwendungsbezogene Einschätzung zu gewährleisten wurden Vergleichsindikatoren entwickelt, die nicht nur die Berücksichtigung berechneter Wasserstände und Fließgeschwindigkeiten, sondern auch eine Bewertung der Einflussgrößen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Gefährdungsaussage ermöglichen. Anhand der Ergebnisse wurden gebietsspezifische Anwendungsempfehlungen für den Einsatz bi-direktional gekoppelter 1D/2D-Abflussberechnungen zur Gefährdungsanalyse abgeleitet. Die erarbeiteten Anwendungsempfehlungen tragen zu einer Erhöhung der Vergleichbarkeit künftiger Analysen der ortsbezogenen Überflutungsgefährdung bei. Die entwickelte Untersuchungsmethodik kann bei künftigen Ergänzungen oder Konkretisierungen der Anwendungsempfehlungen, z.B. anhand der Untersuchung weiterer Modellgebiete oder neuer Einflussgrößen, eingesetzt werden.

Areal optical surface topography measurement is an emerging technology for industrial quality control. However, neither calibration procedures nor the utilization of material measures are standardized. State of the art is the calibration of a set of metrological characteristics with multiple calibration samples (material measures). Here, we propose a new calibration sample (artefact) capable of providing the entire set of relevant metrological characteristics within only one single sample. Our calibration artefact features multiple material measures and is manufactured with two-photon laser lithography (direct laser writing, DLW). This enables a holistic calibration of areal topography measuring instruments with only one series of measurements and without changing the sample.

Ecophysiological characterizations of photoautotrophic communities are not only necessary to identify the response of carbon fixation related to different climatic factors, but also to evaluate risks connected to changing environments. In biological soil crusts (BSCs), the description of ecophysiological features is difficult, due to the high variability in taxonomic composition and variable methodologies applied. Especially for BSCs in early successional stages, the available datasets are rare or focused on individual constituents, although these crusts may represent the only photoautotrophic component in many heavily disturbed ruderal areas, such as parking lots or building areas with increasing surface area worldwide. We analyzed the response of photosynthesis and respiration to changing BSC water contents (WCs), temperature and light in two early successional BSCs. We investigated whether the response of these parameters was different between intact BSC and the isolated dominating components. BSCs dominated by the cyanobacterium Nostoc commune and dominated by the green alga Zygogonium ericetorum were examined. A major divergence between the two BSCs was their absolute carbon fixation rate on a chlorophyll basis, which was significantly higher for the cyanobacterial crust. Nevertheless, independent of species composition, both crust types and their isolated organisms had convergent features such as high light acclimatization and a minor and very late-occurring depression in carbon uptake at water suprasaturation. This particular setup of ecophysiological features may enable these communities to cope with a high variety of climatic stresses and may therefore be a reason for their success in heavily disturbed areas with ongoing human impact. However, the shape of the response was different for intact BSC compared to separated organisms, especially in absolute net photosynthesis (NP) rates. This emphasizes the importance of measuring intact BSCs under natural conditions for collecting reliable data for meaningful analysis of BSC ecosystem services.

Zunehmend strengere Regulierungen der CO2-Emissionen von Neuwagen seitens der europäischen Union erfordern den Einsatz von Leichtbaukonzepten, welche für die Massenproduktion geeignet sind. Dies erfordert den Einsatz leistungsstarker und zugleich kostengünstiger Werkstoffe. Für den breiten Einsatz im Transportbereich werden daher vermehrt kurzglasfaserverstärkte Thermoplaste zur Substitution klassischer Metallkomponenten eingesetzt. Die geringen Werkstoffkosten, die stetig weiterentwickelten mechanischen Eigenschaften sowie die Möglichkeit zur Funktionsintegration aufgrund der hohen Formgebungsfreiheit des Spritzgussprozesses sind entscheidende Vorteile dieser Werkstoffgruppe. Der Spritzgussprozess führt zu einer lokal stark variierenden Faserorientierung. Die Werkstoffeigenschaften hängen dabei entscheidend von der Faserorientierung ab. Besitzt der Werkstoff parallel zur Faserrichtung seine höchste Steifig- und Festigkeit, sind diese quer zur Faserorientierung am niedrigsten. Zusätzlich besitzt die thermoplastische Matrix ein ausgeprägt nichtlineares Werkstoffverhalten, wodurch die strukturmechanische Berechnung kurzfaserverstärkter Bauteile deutlich erschwert wird. Eine geeignete Methodik zur Charakterisierung und numerischen Abbildung des nichtlinearen anisotropen Werkstoffverhaltens mit anschließender Lebensdaueranalyse ist zurzeit nicht vorhanden und bildet das Ziel dieser Arbeit. Der untersuchte Werkstoff findet häufig Einsatz in strukturellen Komponenten im Fahrwerks- und Motorbereich. In diesen Einsatzgebieten ist er zusätzlich zu den mechanischen Lasten auch Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit oder Steinschlägen, ausgesetzt. Im Rahmen der durchgeführten experimentellen Arbeiten wird der Einfluss dieser zusätzlichen einsatzbedingten Lasten auf die statischen Eigenschaften und das Lebensdauerverhalten untersucht. Ist ein Fahrwerksbauteil ganzjährig Wasser und Feuchtigkeit ausgesetzt, kann es in Winterzeiten auch zu Kontakt mit Tausalzlösungen kommen. In Auslagerungsversuchen über einen Zeitraum von etwa einem Jahr wird der Werkstoff folgenden Medien ausgesetzt: Wasser, wässrigem Natriumchlorid und wässrigem Calciumchlorid. Zu verschiedenen Expositionszeiten werden Proben entnommen und statischen Zugversuchen unterzogen. Die Auslagerung bewirkt eine deutliche Verschlechterung der Werkstoffeigenschaften, welche jedoch durch eine Rücktrocknung im Vakuumofen wieder vollständig hergestellt werden kann. Mithilfe eines speziell entwickelten Prüfstandes wird der Einfluss von Wasser und Calciumchlorid auf das zyklische Werkstoffverhalten untersucht. Dieser Prüfstand erlaubt das Besprühen der Proben während eines Dauerschwingversuches. Eine Reduktion der Lebensdauer aufgrund einer Exposition mit Calciumchlorid kann nicht nachgewiesen werden. Zur Simulation von dauerhaften Mikro-Steinschlägen wird die Oberflächenrauheit von Probekörpern künstlich mittels Sandstrahlen erhöht. Sowohl in den statischen als auch zyklischen Versuchen unter Medieneinfluss kann nur eine geringe Festigkeitsreduktion ermittelt werden. Dies ist auf die Duktilität des Werkstoffes und der damit einhergehenden Unempfindlichkeit gegenüber Kerben zurückzuführen. Moderne Prozesssimulationen können die Faserverteilung in Bauteilen komplexer Geometrie noch nicht realitätsnah abbilden, weshalb in dieser Arbeit die experimentelle Orientierungsanalyse im Mikro-Computertomographen verwendet wird. Neben Probekörpern wird auch eine komplette Fahrwerkskomponente im Mikro-Computertomographen analysiert. Die Orientierungsinformationen finden zur numerischen Beschreibung des Werkstoffverhaltens in der Finite-Elemente-Methode Verwendung. Eine vollständige statische Werkstoffcharakterisierung dient als Grundlage für die komplexe Werkstoffmodellierung. Zur Beschreibung des Lebensdauerverhaltens werden umfangreiche Dauerschwing- und Restfestigkeitsversuche für unterschiedliche Faserorientierungen und Spannungsverhältnisse durchgeführt. Selbstentwickelte Programmroutinen importieren den Faserorientierungstensor jedes FE-Elementes und definieren in Abhängigkeit der Faserrichtung sowie der Faseranteile in die jeweilige Richtung das Werkstoffmodell. Eine inkrementelle Lebensdaueranalyse greift ebenfalls auf selbstentwickelte Routinen zurück und berechnet die ertragbare Schwingspielzahl unter Berücksichtigung einer zyklischen Steifigkeitsdegradation hochbelasteter Elemente und damit einhergehenden Spannungsumlagerungen. Die Routine wird an den zyklisch geprüften Standard- Probekörpern kalibriert und an der bereits erwähnten Fahrwerkskomponente validiert. Für unterschiedliche Lastniveaus und Spannungsverhältnisse werden die Versuchsergebnisse sehr gut durch die entwickelte Berechnungsmethodik abgebildet. Sowohl die ertragbare Schwingspielzahl als auch das Schadensbild der Simulation stimmen mit den Versuchen überein.

For almost thirty years bast fibers such as flax, hemp, kenaf, sisal and jute have been used as reinforcing material in the molding process of both thermoplastic and thermoset matrices. The main application areas of these natural fiber reinforced composites in Europe are limited almost exclusively to the passenger car range. Typical components are door panels, rear parcel shelves, instrument boards and trunk linings. Natural fiber reinforced composites have become prevalent due to their good mechanical properties and their low production costs. The main advantage in applying natural fibers as reinforcement in composite materials is the price. Nowadays this argument becomes more and more important due to the scarcity of synthetic raw materials and consequently, their rising prices. Additionally the low density (approx. 1.5 g/cm³) of natural fibers confers them a very good lightweight potential. Other advantageous features of natural fiber composites include very good processing and acoustic properties. Further benefits such as good life cycle assessment and easier processability compared to glass fiber material should also be taken into account. Disadvantages of natural fibers are unevenness of the fiber quality and varying fiber characteristics due to differences in soil, climate and fiber separation and their low heat resistance (at temperatures exceeding 220 °C, some fiber components start thermal degradation). Another disadvantage of natural fiber reinforced materials is that with some matrices (mostly thermoplastic polymers) a sufficient impregnation of the fibers can only be achieved if the fiber content in the composite is kept low, usually below 50 wt.-%. Under these conditions the best performance of the natural fiber reinforcement can not be realized. Another disadvantage of non-impregnated thermoplastic prepregs is the long processing cycle times, which result from heating up the enclosed air in the prepreg during the process. Alternatively pure natural fiber based non-woven fabrics are impregnated with thermoset systems. Due to the relatively simple handling compared to alternative procedures, the thermoforming of thermoset bonded prepregs is a very promising method for manufacturing natural fiber reinforced components. In this work, a novel general concept for natural fiber reinforced composites with a natural fiber content of approx. 80 wt.-% and a thermoset matrix is developed. A suitable material combination as well as an optimal process execution that help to meet the technical requirements for the natural fiber reinforced composites will be demonstrated. Hemp and kenaf have been chosen as reinforcement fibers. In this work it is shown that hemp and kenaf can be used as successful reinforcement alternatives to the more established flax fibers in composite materials. Short flax fibers, which are commonly used as reinforcement in composites (approx. 67 % for the German automotive applications), are the “waste” of the long fiber production and their availability and price strongly depend on the demand of the long fibers from the textile industry and therefore their cost can strongly fluctuate, as it has been demonstrated in the past few years. In contrast fiber plants such as hemp and kenaf are especifically cultivated for technical applications and their availability and price is much more stable. For their application a profound knowledge of the structural and mechanical properties of the fibers is indispensable. In this work single filament tensile tests on these two types of natural fibers are carried out. The cross-section area of both fibers, necessary for the calculation of the tensile properties, was intensively studied using light microscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis. Because the occurrence of flaws within the fiber is random in nature, tensile strength data of these fibers was statistically analyzed using the Weibull distribution. The strengths were estimated by means of Weibull statistics and then were compared to experimentally measured strengths. For a better handling of the material, both kenaf and hemp fibers were manufactured to needle punched fiber mats. For the impregnation of the natural fiber mats, a Foulard- process with the thermoset matrix as an aqueous solution was employed. The reproducibility of this impregnation process was examined. Different matrix Systems with different chemical compositions were applied on the needle punched fiber mats. The impregnated prepregs were heated and consolidated to components in a onestep- process. A big advantage of this procedure is the short cycle times, since no additional pre-heating process is required, in contrast to thermoplastic bonded prepregs. Additionally, a parameter study of the mechanical properties of the composites was performed. The best matrix system satisfying the work conditions and properties of the composites was chosen to carry out the next working step, namely optimization of the compression molding process for the thermoset bonded natural fiber prepregs. Apart from the material composition of prepregs, general processing parameters such as temperature, time and pressure play a decisive role for the quality of structures made of natural fiber reinforced polymers. The impregnated prepregs were consolidated in a one-step-process to components. A systematic parameter study of the influence of the relevant process parameters on the characteristics of manufactured components was performed. Mould temperatures over 200 °C lead to thermal degradation of the fibers. This temperature should not be exceeded when working with natural fibers. Furthermore, the composites clearly display a dependence on the processing pressure. The flexural properties increase with increasing manufacturing pressures between 15 and 60 bar, reaching a maximum at 60 bar. At higher pressures (80 to 200 bar) a decrease of the flexural properties is demonstrated. SEM images of the fracture surface of the composites show that the decrease of the mechanical properties is related to structural damage of the fiber. A new technology allowing pressing under vacuum conditions was developed and tested. The press is equipped with a vacuum chamber and achieves very short cycle processing times (up to less than one minute during the compression molding). The aspiration connections of the vacuum chamber ensure that the residual moisture and the condensation products of the matrix chemical reaction could be directly evacuated. This type of press ensures also very safe processing and working conditions. The properties of the components fulfill the technical specifications for natural fiber reinforced polymers for use in the car interior. This versatile composite material is not only limited to automotive applications, but may also be used for product manufacturing in other industries. This work shows that the process parameters can be optimized to fit a particular application.

Es finden immer häufiger Faserverbundmaterialien in Strukturbauteilen Anwendung, da bei konventionellen Materialien die Zielkriterien, wie definierte Festigkeit, Steifigkeit, etc. nicht mehr bzw. nicht mit hinreichend geringem Bauteilgewicht erreicht werden können. Angesichts der hohen Kosten ist es verständlich, dass Faserkunststoffverbunde (FKV) vorzugsweise in den Bereichen eingesetzt werden, wo die eingangs erwähnten Optimierungsziele hohe Priorität haben. Besonders hervorzuheben ist hierbei die Luft- und Raumfahrt. Zunehmende Bedeutung gewinnt der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen aber auch in der Automobil- bzw. Maschinenbauindustrie. Mit fortschreitender Verbesserung der Optimierungsmethoden sowie der Fertigungstechnologien und der damit verbundenen Kostenreduktion, werden heute bereits komplexe Module hergestellt. Das zieht wiederum eine lastgerechte und werkstoffspezifische Konstruktion nach sich. Gegenstand der Arbeit ist die Entwicklung eines Topologieoptimierungswerkzeuges zur werkstoffgerechten Auslegung von FKVStrukturen. Ziel ist, FKV - eine Klasse von Hochleistungswerkstoffen, deren Potenzial sich nur mit geeigneten Modellen zur Nutzung ihrer anisotropen Eigenschaften ausschöpfen lässt - unter Berücksichtigung der technischen Realisierbarkeit zu optimieren. Dabei werden natürliche Wachstumsprinzipien in einen iterativen Prozess überführt. Als Ziel dieses Algorithmus kann entweder eine gezielte Steifigkeit oder eine gewichtsoptimale Lösung bei hinreichender Festigkeit mit möglichst gleichmäßiger Spannungsverteilung im Bauteil definiert werden. Erreicht wird dies durch eine effektive Lastverteilung von hoch belasteten auf geringer belastete Bereiche und somit auch die Optimierung der Materialverteilung. In diesem Designvorschlag wird die Grundorientierung der Basisschicht, die kraftflussgerechte Orientierung der Laminateinzellagen sowie die Topologie von Zulagenschichten bzw. des Gesamtlaminates optimiert. Besonders interessant ist die adaptive Strukturoptimierung von FKVStrukturen bei lokalen Zulagen an hoch belasteten Krafteinleitungsstellen bzw. allgemein in Bereichen hoher Spannungen. Wie weiterhin gezeigt wird, ist die entwickelte adaptive Topologie- und Faserwinkeloptimierung in Kombination aus technologischer,werkstoffmechanischer sowie wirtschaftlicher Sicht vorteilhaft und kann problemlos in der Praxis angewandt werden. More and more fibre-reinforced composite materials are being used in structural building components because with conventional materials, the target criteria, such as defined strength, rigidity etc. can no longer be achieved with a sufficiently low weight of the structural components, if at all. In view of the high costs, it is understandable that fibre-reinforced plastic composites tend to be used in technical areas where the optimization goals mentioned above have a high priority. The aviation and aerospace industry deserves special mention here. The use of fibre composite materials is also gaining significance in the automotive and mechanical engineering industry. Thanks to increasing improvements in optimization methods and manufacturing technologies and the reduction in costs that this brings with it, complex modules are being produced even today. This in turn ensures specific-material construction with the necessary load-bearing properties. The objective of the presentation is the development of a topology optimization tool for designing Fibre-plastic-composite (FPC)-structures which is appropriate for each material involved. The objective is to optimize FPC – a class of high-performance materials the potential of which can only be exploited with suitable models for the utilization of their anisotropic properties – under consideration of their capability for technical realization. In doing so, natural growth principles are implemented into an iterative process, thereby enabling computer simulation. The main goal of this algorithm is maximum rigidity with as even a distribution of tension as possible throughout the component, which is achieved by distributing the load from high-load to lower load bearing areas, thereby optimizing the material distribution. The weight optimization of specific components is possible in this way. The basic orientation of the base layer, the orientation of the individual laminate layers in a manner appropriate to the power flux, as well as the topology of bonding layers and/or the entire laminate are optimized in this design recommendation. Of particular interest here is the adaptive structural optimization of FPC structures with localized bonding to high-load bearing load introduction points or generally, in areas with high stresses. As continues to be shown, the developed adaptive topology and fibre angle optimization is beneficial from a technological, material-mechanical and economical point of view, and can be applied in everyday practice without any problems.

The use of polymers subjected to various tribological situations has become state of the art. Owing to the advantages of self-lubrication and superior cleanliness, more and more polymer composites are now being used as sliding elements, which were formerly composed of metallic materials only. The feature that makes polymer composites so promising in industrial applications is the opportunity to tailor their properties with special fillers. The main aim of this study was to strength the importance of integrating various functional fillers in the design of wear-resistant polymer composites and to understand the role of fillers in modifying the wear behaviour of the materials. Special emphasis was focused on enhancement of the wear resistance of thermosetting and thermoplastic matrix composites by nano-TiO2 particles (with a diameter of 300nm). In order to optimize the content of various fillers, the tribological performance of a series of epoxy-based composites, filled with short carbon fibre (SCF), graphite, PTFE and nano-TiO2 in different proportions and combinations, was investigated. The patterns of frictional coefficient, wear resistance and contact temperature were examined by a pin-on-disc apparatus in a dry sliding condition under different contact pressures and sliding velocities. The experimental results indicated that the addition of nano-TiO2 effectively reduced the frictional coefficient, and consequently the contact temperature, of short-fibre reinforced epoxy composites. Based on scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) observations of the worn surfaces, a positive rolling effect of the nanoparticles between the material pairs was proposed, which led to remarkable reduction of the frictional coefficient. In particular, this rolling effect protected the SCF from more severe wear mechanisms, especially in high sliding pressure and speed situations. As a result, the load carrying capacity of materials was significantly improved. In addition, the different contributions of two solid lubricants, PTFE powders and graphite flakes, on the tribological performance of epoxy nanocomposites were compared. It seems that graphite contributes to the improved wear resistance in general, whereas PTFE can easily form a transfer film and reduce the wear rate, especially in the running-in period. A combination of SCF and solid lubricants (PTFE and graphite) together with TiO2 nanoparticles can achieve a synergistic effect on the wear behaviour of materials. The favourable effect of nanoparticles detected in epoxy composites was also found in the investigations of thermoplastic, e.g. polyamide (PA) 6,6 matrix. It was found that nanoparticles could reduce the friction coefficient and wear rate of the PA6,6 composite remarkably, when additionally incorporated with short carbon fibres and graphite flakes. In particular, the addition of nanoparticles contributed to an obvious enhancement of the tribological performances of the short-fibre reinforced, hightemperature resistant polymers, e.g. polyetherimide (PEI), especially under extreme sliding conditions. A procedure was proposed in order to correlate the contact temperature and the wear rate with the frictional dissipated energy. Based on this energy consideration, a better interpretation of the different performance of distinct tribo-systems is possible. The validity of the model was illustrated for various sliding tests under different conditions. Although simple quantitative formulations could not be expected at present, the study may lead to a fundamental understanding of the mechanisms controlling friction and wear from a general system point of view. Moreover, using the energybased models, the artificial neural network (ANN) approach was applied to the experimental data. The well-trained ANN has the potential to be further used for online monitoring and prediction of wear progress in practical applications. Die Verwendung von Polymeren im Hinblick auf verschiedene tribologische Anwendungen entspricht mittlerweile dem Stand der Technik. Aufgrund der Vorteile von Selbstschmierung und ausgezeichneter Sauberkeit werden polymere Verbundwerkstoffe immer mehr als Gleitelemente genutzt, welche früher ausschließlich aus metallischen Werkstoffen bestanden. Die Besonderheit, die polymere Verbundwerkstoffe so vielversprechend für industrielle Anwendungen macht, ist die Möglichkeit ihre Eigenschaften durch Zugabe von speziellen Füllstoffen maßzuschneidern. Das Hauptziel dieser Arbeit bestand darin, die Wichtigkeit der Integration verschiedener funktionalisierter Füllstoffe in den Aufbau polymerer Verbundwerkstoffe mit hohem Verschleißwiderstand aufzuzeigen und die Rolle der Füllstoffe hinsichtlich des Verschleißverhaltens zu verstehen. Hierbei lag besonderes Augenmerk auf der Verbesserung des Verschleißwiderstandes bei Verbunden mit duromerer und thermoplastischer Matrix durch die Präsenz von TiO2-Partikeln (Durchmesser 300nm). Das tribologische Verhalten epoxidharzbasierter Verbunde, gefüllt mit kurzen Kohlenstofffasern (SCF), Graphite, PTFE und nano-TiO2 in unterschiedlichen Proportionen und Kombinationen wurde untersucht, um den jeweiligen Füllstoffgehalt zu optimieren. Das Verhalten von Reibungskoeffizient, Verschleißwiderstand und Kontakttemperatur wurde unter Verwendung einer Stift-Scheibe Apparatur bei trockenem Gleitzustand, verschiedenen Kontaktdrücken und Gleitgeschwindigkeiten erforscht. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe von nano-TiO2 in kohlenstofffaserverstärkte Epoxide den Reibungskoeffizienten und die Kontakttemperatur herabsetzen können. Basierend auf Aufnahmen der verschlissenen Oberflächen durch Rasterelektronen- (REM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) trat ein positiver Rolleffekt der Nanopartikel zwischen den Materialpaaren zum Vorschein, welcher zu einer beachtlichen Reduktion des Reibungskoeffizienten führte. Dieser Rolleffekt schützte insbesondere die SCF vor schwerwiegenderen Verschleißmechanismen, speziell bei hohem Gleitdruck und hohen Geschwindigkeiten. Als Ergebnis konnte die Tragfähigkeit dieser Materialien wesentlich verbessert werden. Zusätzlich wurde die Wirkung zweier fester Schmierstoffe (PTFE-Pulver und Graphit-Flocken) auf die tribologische Leistungsfähigkeit verglichen. Es scheint, daß Graphit generell zur Verbesserung des Verschleißwiderstandes beiträgt, wobei PTFE einen Transferfilm bilden kann und die Verschleißrate insbesondere in der Einlaufphase reduziert. Die Kombination von SCF und festen Schmierstoffen zusammen mit TiO2-Nanopartikeln kann einen Synergieeffekt bei dem Verschleißverhalten der Materialien hervorrufen. Der positive Effekt der Nanopartikel in Duromeren wurde ebenfalls bei den Untersuchungen von Thermoplasten (PA 66) gefunden. Die Nanopartikel konnten den Reibungskoeffizienten und die Verschleißrate der PA 66-Verbunde herabsetzen, wobei zusätzlich Kohlenstofffasern und Graphit-Flocken enthalten waren. Die Zugabe von Nanopartikeln trug offensichtlich auch zur Verbesserung der tribologischen Leistungsfähigkeit von SCF-verstärkten, hochtemperaturbeständigen Polymeren (PEI) insbesondere unter extremen Gleitzuständen, bei. Es wurde eine Methode vorgestellt, um die Kontakttemperatur und die Verschleißrate mit der durch Reibung dissipierten Energie zu korrelieren. Diese Energiebetrachtung ermöglicht eine bessere Interpretation der verschiedenen Eigenschaften von ausgewählten Tribo-Systemen. Die Gültigkeit dieses Models wurde für mehrere Gleittests unter verschiedenen Bedingungen erklärt. Vom generellen Blickpunkt eines tribologischen Systems aus mag diese Arbeit zu einem fundamentalen Verständnis der Mechanismen führen, welche das Reibungs und Verschleißverhalten kontrollieren, obwohl hier einfache quantitative (mathematische) Zusammenhänge bisher nicht zu erwarten sind. Der auf energiebasierenden Modellen fußende Lösungsansatz der neuronalen Netzwerke (ANN) wurde darüber hinaus auf die experimentellen Datensätze angewendet. Die gut trainierten ANN's besitzen das Potenzial sie in der praktischen Anwendungen zur Online- Datenauswertung und zur Vorhersage des Verschleißfortschritts einzusetzen.

Spätestens seit den 1990ern bildet die Lean Production den Status quo der Produktionssysteme in der diskreten Klein- und Großserienfertigung. Mittels der Umstellung auf eine nachfrageorientierte Produktion und Vermeidung jeglicher nicht-wertschöpfender Aktivitäten konnte die Lean Production bei geringen Investitionen hohe Effizienzsteigerungen erreichen. Heute stößt die Lean Production allerdings an ihre Grenzen, da sie nicht das Potenzial moderner Informations- und Kommunikationstechnologie berücksichtigt. Der Lean Production mangelt es u.a. an der notwendigen Wandelbarkeit der Fertigungslinien, um zukünftige Anforderungen wie z.B. eine kundenindividuelle Fertigung in Losgröße 1 zu ermöglichen. Die stattfindende Digitalisierung der Produktion will diesen zukünftigen Produktionsanforde-rungen gerecht werden. Neue digitale Technologien sowie die gestiegene Leistung der Kom-ponenten ermöglichen eine intelligente Produktion, die Mitarbeiter in komplexen Produktions-prozessen unterstützt. Der gleichzeitig stattfindende Preisverfall und die Miniaturisierung in der Informations- und Kommunikationstechnologie führen auch in der Produktion zu allgegenwärtigen, vernetzten Computern. Das Potenzial dieser technologischen Entwicklung ist unumstritten, dennoch mangelt es aktuell an einer übergreifenden und ganzheitlichen Betrachtung, die eine Integration der Digitalisierung und der neuen Anwendungen in bestehende Produktionsumgebungen miteinbezieht. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erarbeitung einheitlicher informationstechnischer Schnittstellen für die Lean Production. Die erarbeitete Referenzarchitektur definiert technologieunabhängige Schnittstellen und schafft den notwendigen Rahmen für die Nutzung digitaler Technologien in bestehenden Lean-Methoden. Bestandteil der Referenzarchitektur ist eine Systemarchitektur, die Rollen und deren Verhältnisse beschreibt. Ergänzt wird sie durch ein Informationsmodell, das die je Rolle benötigten Funktionalitäten und die ausgetauschten Nachrichten spezifiziert, sowie durch eine Softwarearchitektur für die Umsetzung der Schnitt-stellen. Die Referenzarchitektur wurde auf einen bestehenden Forschungsdemonstrator der Technologie-Initiative SmartFactory KL e.V. exemplarisch übertragen.

Energieeffizientere Konstruktionen insbesondere in der Automobilindustrie und bei deren Zulieferern erfordern die Substitution schwerer Bauteile aus Stahl und anderen metallischen Werkstoffen durch entsprechende Leichtbauvarianten aus Kunst- bzw. Verbundwerkstoffen. Dieser Trend setzt sich nach der erfolgreichen Einführung von Kunststoffbauteilen im Innenraum von Automobilen auch vermehrt bei sicherheitsrelevanten Konstruktionen z.B. im Motorraum durch. Um die hohen Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften der verwendeten Materialien erfüllen zu können, werden überwiegend Faserverbundwerkstoffe eingesetzt. Da im Rahmen der Bauteilentwicklung der Einsatz der Finite-Elemente-Methode (FEM) mittlerweile zum Stand der Technik gehört, müssen auch für Faserverbundwerkstoffe die entsprechenden Materialmodelle auf ihre Anwendbarkeit hin überprüft und gegebenenfalls weiter oder neu entwickelt werden. In dieser Arbeit wird ein Versuchs- und Auswertekonzept zur Bestimmung der mechanischen Materialkennwerte von langglasfaserverstärktem Polypropylen (PP-LGF) vorgestellt und validiert. Es wird orthotrop visko-elasto-plastisches Materialverhalten des Verbundes angenommen. Zur Ermittlung der Datensätze für die FE-Simulation werden Zug- und Schubversuche bei fünf unterschiedlichen Abzugsgeschwindigkeiten von quasistatisch bis 10 m/s durchgeführt. Dabei werden mit Hilfe der Grauwertkorrelationsanalyse berührungslos Dehnungsfelder auf der Oberfläche der Probekörper erfasst und später mit Kraft-Zeit-Daten zu Spannungs-Dehnungs-Kurven verrechnet. Das orthotrope Materialverhalten von PP-LGF wird berücksichtigt, indem sowohl Zugversuche an Probekörpern mit vorwiegend in Zugrichtung als auch an solchen mit überwiegend quer dazu orientierten Fasern ausgewertet werden. Die Dehnratenabhängigkeit des Materials wird über einen visko-elasto-plastischen Ansatz in 1D getrennt für zwei Zugbelastungsrichtungen mathematisch beschrieben und die Parameter über einen Least-Square-Fit unter Verwendung des Levenberg- Marquardt-Verfahrens bestimmt. Im Rahmen eines Vergleichs experimentell ermittelter Verschiebungs- und Dehnungsfelder einer gelochten Zugprobe mit den Ergebnissen einer korrespondierenden FE-Simulation wird ein orthotrop elasto-plastischer Simulationsansatz in 3D validiert. Dabei wird eine Formulierung nach HILL für orthotropes Fließen berücksichtigt. Am Ende der Arbeit wird gezeigt, inwieweit das erfolgreich validierte Modell auf eine komplexere Bauteilgeometrie übertragen werden kann. Es wird deutlich, dass bei sehr komplexen Geometrien die Qualität der Simulationsergebnisse nicht nur vom verwendeten Materialmodell und der Güte der Materialparameter abhängt, sondern zunehmend von der Qualität einer der FEM vorgeschalteten Füllanalyse. The scarcity of raw materials such as oil and natural gas has led the necessity to design more and more energy-efficient constructions. This applies particularly to the automotive industry and its component suppliers. There are two possibilities to meet this obligation. On the one hand, one can develop new forms of drive concepts, e.g. hybrid or electric motors. On the other hand, the reduction of weight can significantly diminish the consumption of fuel. Especially in the aerospace industry every gram less counts. To put this requirement into action traditional materials, e.g. steel and cast iron, are replaced by new lightweight materials. This can be miscellaneous light alloys or one of several fibre reinforced plastics. After the production of plastic devices such as display panels in cars, more and more security-relevant plastic devices appeared. This report deals with one important material within the group of glass fibre reinforced thermoplastics i.e. long-glass-fibre reinforced polypropylene. Polypropylene with approximately 14% of the worldwide usage of plastics is very cheap and can support companies in cost-saving. This aspect becomes more and more important considering the expansion of global business competition, especially in the automotive industry. With approximately 50%, glass-fibre reinforced polypropylene is the dominant material in the group of glass fibre reinforced thermoplastics. To counteract the demand of shorter development times in the design process the automotive industry and its suppliers count on simulation tools such as the finite-element (FE)-simulation. For this reason the quality of the mathematical material models has to be improved and its parameters have to be identified. After choosing a suitable material model and identifying the corresponding parameters, a verification of both has to follow to assure their reliability. This is typically carried out by comparing measurement with simulation data at distinctive points of the considered geometry. With advanced performance of computer hardware and measurement systems it is possible to measure specimens and more complex geometries at high strain rates by means of high speed cameras and to conduct FE-Simulations in a justifiable time with sufficient accuracy Thus the following chapter firstly discusses the basics of continuum mechanics with its well-established mathematical formulations for anisotropic elasticity, plasticity and viscoelasticity and the corresponding rheological models. In chapter three the properties of the matrix material polypropylene are presented with more precise consideration of the strength and failure of the composite material under tensile load depending on the fibre length and volume. Thereafter, the geometry and dimensions of the specimens for tensile and shear tests are presented, together with a test sample which is used as an example for the design of automotive structures via coactions of measuring and simulation techniques. Chapter four deals with the state of the art in high speed testing, the experimental setup and its mode of operation as well as the explanation of different kinds of evaluation software which is used in this work. Here, the main focus is aimed at the determination and interpretation of displacement and strain fields with the grey scale method. The following paragraph describes different initial examinations of specimens and the test sample. In this context, exposures of fracture surfaces and polished micrograph sections were examined by means of optical and scanning electron microscopy. In this way discontinuities and cracks caused by the injection moulding process are detected. The quality of the specimens and the test sample and their suitability for systematic material testing are finally evaluated by means of thermoelastic stress analysis and a laser extensometer. With these systems a direct optical strain measurement can be accomplished to screen the homogeneity of specimens and parts. In chapter six an approach for an experimental method is presented for measuring displacement fields of the surface of specimens of long-glass-fibre reinforced polypropylene at high strain rate. A strategy is introduced for reasonable data evaluation to characterise stress strain behaviour under tensile and shear load. Specimens of long-glass-fibre polypropylene with a fibre volume content of 30% and 40% respectively, are tested and analysed. Anisotropy of the material is considered by testing specimens with fibres oriented either in the direction of the tensile load or perpendicular to it. The resulting stress strain curves for the two main directions are used as basis for identifying material properties for an orthotropic constitutive law. Hence the elastic parameters that are collected from stress strain curves are the axial modulus in fibre direction and perpendicular to it, the shear modulus in the fibre plane and the matrix plane and finally the lateral contraction in fibre direction, at right angle to it and in the matrix plane. After having collected the parameters for elasticity, the HILLcriterion is utilised to describe orthotropic plasticity. The different stresses at the yielding points related to the designated directions are used to compute the parameters of the HILL-criterion. Finally, in order to describe the strain-rate dependent behaviour of the material, a one dimensional rheological model with four relaxation terms is utilized to represent the set of curves resulting from tests of specimens at five different strain rates. The viscoelastic parameters are identified by means of a least square approach using the Levenberg-Marquardt algorithm. In chapter eight, the elastic-plastic orthotropic material model is verified for low strain rates. A specimen with a hole in its middle is exposed to a tensile load until break and simultaneously measured by means of a CCD-camera to obtain the two-dimensional displacement field on its surface. Comparison of the experimental displacements with the displacements of a finite-element model at the same points shows the quality of the material model and its parameters. Finally, in chapter nine, the results of a filling simulation of the test sample is shown and again a comparison of measured and simulated data is presented. This we describe the potential and the limits of current filling-simulation-software in conjunction with a popular finite-element-tool like ABAQUS. To conclude appropriate mathematical characterisation and reliable parameters of long-glass-fibre reinforced polypropylene require stringent experimental and theoretical characterisation. Complete specification of such a complex material is still very time-consuming and prone to mistakes during the whole sequence of operations. For this reason it is very important to improve the reliability of every single step in product engineering. Hence the performance of a mathematical material model is not only dependent on its formulation but also and particularly on the quality of its material parameters whether they are determined directly from material tests or by means of special optimization software. The best optimization tools can only optimize material parameters reliably if the underlying experimental data is just as reliable.

Multiphase materials combine properties of several materials, which makes them interesting for high-performing components. This thesis considers a certain set of multiphase materials, namely silicon-carbide (SiC) particle-reinforced aluminium (Al) metal matrix composites and their modelling based on stochastic geometry models. Stochastic modelling can be used for the generation of virtual material samples: Once we have fitted a model to the material statistics, we can obtain independent three-dimensional “samples” of the material under investigation without the need of any actual imaging. Additionally, by changing the model parameters, we can easily simulate a new material composition. The materials under investigation have a rather complicated microstructure, as the system of SiC particles has many degrees of freedom: Size, shape, orientation and spatial distribution. Based on FIB-SEM images, that yield three-dimensional image data, we extract the SiC particle structure using methods of image analysis. Then we model the SiC particles by anisotropically rescaled cells of a random Laguerre tessellation that was fitted to the shapes of isotropically rescaled particles. We fit a log-normal distribution for the volume distribution of the SiC particles. Additionally, we propose models for the Al grain structure and the Aluminium-Copper (\({Al}_2{Cu}\)) precipitations occurring on the grain boundaries and on SiC-Al phase boundaries. Finally, we show how we can estimate the parameters of the volume-distribution based on two-dimensional SEM images. This estimation is applied to two samples with different mean SiC particle diameters and to a random section through the model. The stereological estimations are within acceptable agreement with the parameters estimated from three-dimensional image data as well as with the parameters of the model.

Filament winding is today a well established production technique for fiber reinforced pressure vessels. Most of the parts are still made using thermosets as matrix material, but parts with thermoplastic matrices are today on the edge to mass production. Usually these parts are made from fully consolidated unidirectional fiber reinforced thermoplastic tapes. During processing the matrix material is molten and the tapes are placed on the substrate where they re-solidify. A wide range of material combinations are available on the market. The materials used in the present investigation are semi-crystalline thermoplastics and glass or carbon fiber i.e. carbon fiber reinforced Polyetheretherketone, glass fiber reinforced Polyetheretherketone and glass fiber reinforced Polypropylene. Applications can be found in the field of medium and high pressure vessels like they are used for natural gas and hydrogen storage or for tubes and pipes for their transport. During the design of such parts mostly idealized properties as for example tensile strength are used. Residual stresses which are inherent for composite materials are only considered as part of the safety factor. The present work investigates the generation of residual stresses for in-situ consolidation during filament winding. Within this process consolidation of the tape material and the substrate takes place immediately after the tapes are placed. This is contrary to the normal curing of thermoset materials and has a large influence on the generation of the residual stress. The impact of these stresses on the behavior of the produced parts during service is one of the topics of this investigation. Therefore the background of thermal residual stresses in semi-crystalline thermoplastic parts is discussed and a closer look on the crystallization behavior of the matrix materials was taken. As the beginning of the crystal growth is a major point in the generation of thermal residual stress. The aim of the present work is to find process parameter combinations that allow to compensate the thermal residual stresses and to generate a residual stress profile that – unlike the thermal residual stresses - brings about structural benefit. Ring samples with a defined geometry were made to measure the generated stresses. The geometry of the samples was chosen in a way that prevents influences of the boundary conditions of the free edges on the measuring point. In the investigations the residual stresses were measured in circumferential direction using a method where the ring samples were cut in radial direction and the deformation was measured using strain gages. From the strain the local stress can be determined. It was tried to minimize the number of experiments. Therefore the influence of filament winding process parameters on the residual stress were investigated using a Design of Experiments approach where the main influences on the residual stress generation can be found from a relatively small number of experiments such as 8 instead of 128. As a result of these experiments it was found that the winding angle, the mandrel temperature, the annealing, the wall thickness and the tape tension have a significant influence on residual stresses. With increasing winding angles the influence on the measured circumferential stresses increase regardless to kind of residual stresses. The mandrel temperature has a large influence on the temperature difference that causes the stress between fiber and matrix. They are caused by different thermal expansion coefficients of fiber and matrix. Structural benefit through annealing is only theoretically possible because the required outside temperatures along with internal cooling of the parts can not be realized within an industrial processes. Increasing wall thickness leads to also increasing residual stress but it can not be the aim to build oversized parts for the sake of residual stresses. The applied tape tension was identified as a parameter that can be used to achieve the desired residual stress state with reasonable efforts. Different ways of varying the tape tension with increasing wall thickness were investigated. The tape tension was increased with every layer to a chosen maximum value or, after half of the layers were placed, in one step to the maximum value. Furthermore a continuously high tape tension and a variant without tape tension was investigated. The experiments led to the conclusion that increasing tape tension with increasing wall thickness is a viable way to have structural benefit from residual stress. The increasing in one step gave the best results. The impact of the thermal history during production is discussed as well. Temperatures must not exceed the softening point of the matrix. Otherwise a part of the tape tension gets lost by relaxation. In a particular case the relaxation reached an amount where the compensation of the thermal stresses failed. Thermodynamic calculations led to the conclusion that the energy transfer into the material by mandrel heating and melt energy caused a temperature above the softening point. The impact of tape tension on material quality is documented. Very low tape tension can not guarantee a proper consolidation. On the other hand excessive tape tension can lead to matrix squeeze out and in particular cases to cracks due to too high residual stresses. Therefore the tape tension profile should be well adapted to work load, the composite and its properties. Investigations on the relaxation behavior of the residual stresses showed that relaxation occurs and that a part of the residual stress relaxes when the samples were exposed to higher temperatures. Test at room temperature showed no significant sign of relaxation. When the temperature was raised – in this case to 80 °C - the samples clearly relaxed. The amount of induced residual stress sank to half of its initial value. Investigations on the structural benefit showed that material savings of up to 23 % of weight are possible for high pressure applications and fiber reinforcements with relatively low fiber volume content. Higher fiber volume contents which also mean higher strengths reduce the benefit. As the strength of the material increases the benefit reduces in relation to it. Nevertheless there is a potential in material saving and one should keep in mind that the costs to establish the equipment to control the tape tension is cheap in comparison to the achievable result.

Der vorliegende Tagungsband erscheint als Band 1 der neuen Schriftenreihe Wasser Infrastruktur Ressourcen, in der die Fachgebiete Siedlungswasserwirtschaft und Ressourceneffiziente Abwasserbehandlung der TU Kaiserslautern künftig ihre wissenschaftlichen Aktivitäten und Ergebnisse gemeinsam publizieren werden. Für den Start dieser Schriftenreihe erscheint die Sammlung der Beiträge zur Gemeinschaftstagung aqua urbanica trifft RegenwasserTage bestens geeignet. Die Fachbeiträge beleuchten mit Regenwasser in urbanen Räumen ein Themenfeld, das seit mehr als 25 Jahren im Fokus der Forschungsaktivitäten des Herausgebers steht und ein zentrales Element der beiden in diesem Jahr zusammengeführten Tagungen seit vielen Jahren darstellt. Die Regenwassertage finden 2018 zum 17. Mal statt. Die aqua urbanica wird seit 2011 von den sechs siedlungswasserwirtschaftlichen Schwesterinstitutionen der eawag-ETH Zürich, der Hochschule für Technik Rapperswil, der TU Graz, der Universität Innsbruck, der Universität Stuttgart und der TU Kaiserslautern in Kooperation mit den nationalen Organisationen DWA, ÖWAV und VSA veranstaltet. Die Gemeinschaftstagung widmet sich dem verantwortungsvollen Umgang mit Regenwasser als zentraler Baustein zur Sicherstellung leistungsfähiger kommunaler Entwässerungssysteme. Mit der Fokussierung auf Regenwasser in urbanen Räumen soll den besonderen Herausforderungen Rechnung getragen werden, die aus dem zukunftsgerechten Umgang mit Regenwasser in Siedlungsgebieten erwachsen. Die kommunale Überflutungsvorsorge als Starkregenrisikomanagement, der Schutz der Gewässer vor Belastungen aus Regenwetterabflüssen und der Erhalt des lokalen Wasserhaushalts erfordern eine interdisziplinäre, kooperative Bearbeitung. Sie müssen mit ihren Zielkonflikten auch im Lichte großer Ungewissheiten zukünftiger Entwicklungen bearbeitet werden. Das gilt in besonderem Maße für die in den letzten Jahren beobachtete Häufung extremer Niederschlagsereignisse als mögliche Folge des Klimawandels. Zur Sicherstellung des durch die EN 752 europaweit vorgegebenen Überflutungsschutzes in urbanen Räumen braucht es ein leistungsfähiges Entwässerungssystem, das von mehreren Generationen geschaffen wurde und das es auch weiterhin zu erhalten und zu optimieren gilt. Die genannten Anliegen sind gleichermaßen Themen mit hoher Wertigkeit sowohl bei den umwelt- und kommunalpolitisch Verantwortlichen als auch in der öffentlichen Wahrnehmung. In Verbindung mit den Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie und dem dort verankerten Verschlechterungsverbot für den Zustand der Gewässer gilt es, die oberirdischen Gewässer und das Grundwasser soweit möglich vor Stoffeinträgen durch Regenwetterabflüsse zu schützen. Nach Möglichkeit sollte nur noch nicht behandlungsbedürftiges oder entsprechend vorgereinigtes Regenwasser eingeleitet bzw. zur Versickerung gebracht werden. Dafür kommen innerhalb der bisher eher zentral ausgerichteten Entwässerungskonzepte zunehmend auch intelligente dezentrale und möglichst naturnahe Maßnahmen zum Einsatz. Das sich daraus ergebende Spannungsfeld soll im Rahmen der Tagung möglichst breit betrachtet und diskutiert werden. Mit den Themenschwerpunkten • Ansätze für ein zukunftsfähiges Starkregenrisikomanagement • Lösungsansätze für eine wassersensible Stadtentwicklung • Bewertung der Gewässerbelastungen durch Regenwetterabflüsse • Methoden und Anlagen der Regenwasserbehandlung bietet die Gemeinschaftstagung aqua urbanica trifft RegenwasserTage interessierten Teilnehmern aus Behörden, Kommunen und Verbänden, Hochschulen und Ingenieurbüros einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen und den derzeitigen Stand im Umgang mit Regenwasser. Dabei werden Herausforderungen für die moderne Siedlungsentwässerung aufgegriffen und Erfahrungen aus geplanten und realisierten Projekten vorgestellt und diskutiert. Damit soll auch der Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis gefördert und verstärkt werden.

The phase field approach is a powerful tool that can handle even complicated fracture phenomena within an apparently simple framework. Nonetheless, a profound understanding of the model is required in order to be able to interpret the obtained results correctly. Furthermore, in the dynamic case the phase field model needs to be verified in comparison to experimental data and analytical results in order to increase the trust in this new approach. In this thesis, a phase field model for dynamic brittle fracture is investigated with regard to these aspects by analytical and numerical methods

The popularity of composite materials is constantly growing, which can be verified by the rising number of composite parts in our everyday life. Examples of composite parts can be found in the Airbus A 380 or the constantly increasing number of wind turbines which contain composite rotor blades of over 50m length. Because of the main features of composites, which are light weight combined with high strength and the possibility of tailoring the strength and the stiffness of the composite according to the requirements, their application is highly efficient and economic. In order to manufacture a composite part by employing a Liquid Composite Molding Process (LCM), it is first necessary to select an appropriate manufacturing process such as the Resin Transfer Molding Process (RTM) and to design a mold which corresponds to the requirements of the selected process. Then the stacking sequence of the individual fibrous reinforcements is designed to withstand the loads on the final part. To achieve an efficient composite manufacturing process, pre-shaped, handable, dry reinforcing structures, so called preforms, need to be applied. Such preforms can be assembled either by using conventional binder technologies or by the recently developed “cut and sew approach”. A variety of available software simulation tools support the design engineer in this task. These tools are, on the one hand, a fast way of gaining information about the expected loads the mold has to endure during the injection process. On the other hand, they provide the possibility to optimize the injection process and its process parameters and to identify critical points of incomplete saturation. With this information at hand, the design of the mold can be adjusted in order to obtain optimal processing conditions for a slim and efficient production cycle. A prerequisite for employing these powerful simulation tools is to obtain thorough knowledge of the required input parameters concerning the fibrous reinforcement to be used. The most important input parameters are the compaction behavior and the permeability of the fibrous stacking sequence. Because of the absence of modelbased tools to provide this input information experimental determination methods have to be employed. This work introduces two semi-automated measurement cells which determine the inplane permeability of fibrous reinforcements in an efficient manner, i.e. the dielectrical permeability work cell and the optical compaction and permeability work cell. The latter of which can determine both the required compaction and the permeability information in one single experiment. The design and manner of operating of the optical compaction and permeability work cell is described and its functionality is validated by a comparison of experimental results.

The core muscles play a central role in stabilizing the head during headers in soccer. The objective of this study was to examine the influence of a fatigued core musculature on the acceleration of the head during jump headers and run headers. Acceleration of the head was measured in a pre-post-design in 68 soccer players (age: 21.5 ± 3.8 years, height: 180.0 ± 13.9 cm, weight: 76.9 ± 8.1 kg). Data were recorded by means of a telemetric 3D acceleration sensor and with a pendulum header. The treatment encompassed two exercises each for the ventral, lateral, and dorsal muscle chains. The acceleration of the head between pre- and post-test was reduced by 0.3 G (p = 0.011) in jump headers and by 0.2 G (p = 0.067) in run headers. An additional analysis of all pretests showed an increased acceleration in run headers when compared to stand headers (p < 0.001) and jump headers (p < 0.001). No differences were found in the sub-group comparisons: semi-professional vs. recreational players, offensive vs. defensive players. Based on the results, we conclude that the acceleration of the head after fatiguing the core muscles does not increase, which stands in contrast to postulated expectations. More tests with accelerated soccer balls are required for a conclusive statement.