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.

Verkündungsblatt der TU Kaiserslautern Nr. 1/15.01.2019

Entscheidungen und Entscheidungsprozesse der Legislative der Vereinigten Staaten von Amerika

Die Versorgungsaufgaben für Niederspannungsnetze werden sich in den kommenden Jahrzehnten durch die weitere Verbreitung von Photovoltaikanlagen, Wärmepumpenheizungen und Elektroautomobilen gegenüber denen des Jahres 2018 voraussichtlich stark ändern. In der Praxis verbreitete Planungsgrundsätze für den Neubau von Niederspannungsnetzen sind veraltet, denn sie stammen vielfach in ihren Grundzügen aus Zeiten, in denen die neuen Lasten und Einspeisungen nicht erwartet und dementsprechend nicht berücksichtigt wurden. Der Bedarf für neue Planungsgrundsätze fällt zeitlich mit der Verfügbarkeit regelbarer Ortsnetztransformatoren (rONT) zusammen, die zur Verbesserung der Spannungsverhältnisse im Netz eingesetzt werden können. Die hier entwickelten neuen Planungsgrundsätze erfordern für ländliche und vorstädtische Versorgungsaufgaben (nicht jedoch für städtische Versorgungsaufgaben) den rONT-Einsatz, um die hohen erwarteten Leistungen des Jahres 2040 zu geringen Kosten beherrschen zu können. Eine geeignete rONT-Standardregelkennlinie wird angegeben. In allen Fällen werden abschnittsweise parallelverlegte Kabel mit dem Querschnitt 240 mm² empfohlen.

Ranking lists are an essential methodology to succinctly summarize outstanding items, computed over database tables or crowdsourced in dedicated websites. In this thesis, we propose the usage of automatically generated, entity-centric rankings to discover insights in data. We present PALEO, a framework for data exploration through reverse engineering top-k database queries, that is, given a database and a sample top-k input list, our approach, aims at determining an SQL query that returns results similar to the provided input when executed over the database. The core problem consist of finding selection predicates that return the given items, determining the correct ranking criteria, and evaluating the most promising candidate queries first. PALEO operates on subset of the base data, uses data samples, histograms, descriptive statistics, and further proposes models that assess the suitability of candidate queries which facilitate limitation of false positives. Furthermore, this thesis presents COMPETE, a novel approach that models and computes dominance over user-provided input entities, given a database of top-k rankings. The resulting entities are found superior or inferior with tunable degree of dominance over the input set---a very intuitive, yet insightful way to explore pros and cons of entities of interest. Several notions of dominance are defined which differ in computational complexity and strictness of the dominance concept---yet, interdependent through containment relations. COMPETE is able to pick the most promising approach to satisfy a user request at minimal runtime latency, using a probabilistic model that is estimating the result sizes. The individual flavors of dominance are cast into a stack of algorithms over inverted indices and auxiliary structures, enabling pruning techniques to avoid significant data access over large datasets of rankings.

Wine and alcoholic fermentations are complex and fascinating ecosystems. Wine aroma is shaped by the wine’s chemical compositions, in which both microbes and grape constituents play crucial roles. Activities of the microbial community impact the sensory properties of the final product, therefore, the characterisation of microbial diversity is essential in understanding and predicting sensory properties of wine. Characterisation has been challenging with traditional approaches, where microbes are isolated and therefore analyzed outside from their natural environment. This causes a bias in the observed microbial composition structure. In addition, true community interactions cannot be studied using isolates. Furthermore, the multiplex ties between wine chemical and sensory compositions remain evasive due to their multivariate and nonlinear nature. Therefore, the sensorial outcome arising from different microbial communities has remained inconclusive. In this thesis, microbial diversity during Riesling wine fermentations is investigated with the aim to understand the roles of microbial communities during fermentations and their links to sensory properties. With the advancement of high-throughput tools based ‘omic methods, such as next-generation sequencing (NGS) technologies, it is now possible to study microbial communities and their functions without isolation by culturing. This developing field and its potential to wine community is reviewed in Chapter 1. The standardisation of methods remains challenging in the field. DNA extraction is a key step in capturing the microbial diversity in samples for generating NGS data, therefore, DNA extraction methods are evaluated in Chapter 2. In Chapter 3, machine learning is utilized in guiding raw data mining generated by the untargeted GC-MS analysis. This step is crucial in order to take full advantages of the large scope of data generated by ‘omic methods. These lay a solid foundation for Chapters 4 and 5 where microbial community structures and their outputs - chemical and sensory compositions are studied by using approaches and tools based on multiple ‘omics methods. The results of this thesis show first that by using novel statistical approaches, it is possible to extract meaningful information from heterogeneous biological, chemical and sensorial data. Secondly, results suggest that the variation in wine aroma, might be related to microbial interactions taking place not only inside a single community, but also the IV interactions between communities, such as vineyard and winery communities. Therefore, the true sensory expression of terroir might be masked by the interaction between two microbial communities, although more work is needed to uncover this potential relationship. Such potential interaction mechanisms were uncovered between non- Saccharomyces yeast and bacteria in this work and unexpected novel bacterial growth was observed during alcohol fermentation. This suggests new layers in understanding of wine fermentations. In the future, multi-omic approaches could be applied to identify biological pathways leading to specific wine aroma as well as investigate the effects upon specific winemaking conditions. These results are relevant not just for the wine industry, but also to other industries where complex microbial networks are important. As such, the approaches presented in this thesis might find widely use in the food industry. 


Der vorliegende Band 6 der Schriftenreihe Wasser Infrastruktur Ressourcen ist als Festschrift der Verabschiedung von Prof. Dr.-Ing. Theo G. Schmitt gewidmet. Theo Schmitt wird im April 2019 nach über 26 Jahren als aktiver Professor an der TU Kaiserslautern in den Ruhestand treten. Er trat im Oktober 1992 als Nachfolger von Karlheinz Jacobitz die Leitung des Fachgebietes Siedlungswasserwirtschaft an der damaligen Universität Kaiserslautern - heute TU Kaiserslautern - an. Theo Schmitts persönliche Schwerpunkte liegen im Bereich der Siedlungsentwässerung, er lässt sich mitnichten darauf reduzieren. Seine Arbeiten sind geprägt durch die Überzeugung, dass siedlungswasserwirtschaftliche Handlungsstrategien und Lösungskonzepte in die Zukunft gerichtet ‚Wandel und Ungewissheit‘ bedenken müssen. Daraus resultiert u. a. seine große Offenheit gegenüber neuen Herausforderungen und interdisziplinärer Vernetzung von Wissen und Sichtweisen. Schon früh hat das Fachgebiet beispielsweise mit der Technomathematik, der Elektrotechnik und der Informatik im Bereich der künstlichen Intelligenz fachübergreifend zusammen gearbeitet. Die Verzahnung von Ingenieur- und Naturwissenschaften hat häufig unmittelbar über seine MitarbeiterInnen am Fachgebiet stattgefunden. Dadurch ist eine große Breite an bearbeiteten Themen entstanden, die weite Bereiche der Siedlungswasserwirtschaft umfassen, von hydraulischen und stofflichen Fragestellungen zu urbanen Regenwasserabflüssen über den Systemwandel in der Abwasserentsorgung bis hin zu innovativen Verfahren der Abwasserreinigung und Kläranlagen als Regelbaustein der Energiewende. Die insgesamt 14 Beiträge dieser Festschrift belegen diese Vielfalt, die sich insbesondere auch durch den Stil der Offenheit und Vielfältigkeit, mit der Theo Schmitt das Fachgebiet geleitet hat, entwickeln konnte. Drei Generationen von SiedlungswasserwirtschaftlerInnen, angefangen bei Theo Schmitts Doktorvater Prof. Hermann H. Hahn, bis hin zu ehemaligen Doktorkindern und deren MitarbeiterInnen tragen mit ihren persönlichen Themen zur Festschrift bei. Hermann H. Hahn blickt mit dem Abstand des vor Jahren emeritierten Professors kritisch auf die aktuellen Entwicklungen in der siedlungswasserwirtschaftlichen Forschung. Die weiteren Beiträge promovierter Doktorkinder zeigen die enorme thematische Breite aktueller und abgeschlossener Forschungsprojekte und Doktorarbeiten, die Theo Schmitt initiiert und begleitet hat. Der etwas ungewöhnlich anmutende Titel dieser Festschrift ‚From K-Town to KOSMOS‘ spielt zum einen auf die von ihm entwickelte Software zur Kontinuierlichen Schmutzfrachtmodellierung (KOSMO) an, die mit seinen modelltechnischen Ansätzen (u. a. hydrodynamischer Simulationskern, Schmutzstoffakkumulation- und Abtrag) seiner Zeit und kommerziellen Lösungen weit voraus war und die ihn bis heute zu dem deutschlandweit gefragten und geschätzten Spezialisten und Problemlöser auf diesem Gebiet macht. Zum anderen hebt der Titel darauf ab, dass Theo Schmitts Expertise in der Siedlungswasserwirtschaft von der TU Kaiserslautern aus nach außen wirkt. Seine von ‚K-Town‘ ausgehenden Arbeiten haben wegweisende Fachbeiträge für Deutschland geliefert und insbesondere das nationale Regelwerk weiter entwickelt. Dies sind hohe Verdienste, die die DWA durch die Verleihung der Max-Prüß-Medaille im Oktober 2018 gewürdigt hat. Seine stets auch auf die globalen Problemstellungen gerichtete Sicht, beispielsweise zum Umgang mit den Folgen des Klimawandels, rechtfertigt schließlich die Erweiterung des Wortspiels zu ‚KOSMOS‘.

Verkündungsblatt der TU Kaiserslautern Nr. 3 /05.06.2019

Spatial regression models provide the opportunity to analyse spatial data and spatial processes. Yet, several model specifications can be used, all assuming different types of spatial dependence. This study summarises the most commonly used spatial regression models and offers a comparison of their performance by using Monte Carlo experiments. In contrast to previous simulations, this study evaluates the bias of the impacts rather than the regression coefficients and additionally provides results for situations with a non-spatial omitted variable bias. Results reveal that the most commonly used spatial autoregressive (SAR) and spatial error (SEM) specifications yield severe drawbacks. In contrast, spatial Durbin specifications (SDM and SDEM) as well as the simple SLX provide accurate estimates of direct impacts even in the case of misspecification. Regarding the indirect `spillover' effects, several - quite realistic - situations exist in which the SLX outperforms the more complex SDM and SDEM specifications.

It is well known that reinforcing polymers with small amounts of nano-sized fillers is one of the most effective methods for simultaneously improving their mechanical and thermal properties. However, only a small number of studies have focused on environ-mental stress cracking (ESC), which is a major issue for premature failures of plastic products in service. Therefore, the contribution of this work focused on the influence of nano-SiO2 particles on the morphological, optical, mechanical, thermal, as well as envi-ronmental stress cracking properties of amorphous-based nanocomposites. Polycarbonate (PC), polystyrene (PS) and poly(methyl methacrylate) (PMMA) nanocom-posites containing different amounts and sizes of nano-SiO2 particles were prepared using a twin-screw extruder followed by injection molding. Adding a small amount of nano-SiO2 caused a reduction in optical properties but improved the tensile, toughness, and thermal properties of the polymer nanocomposites. The significant enhancement in mechanical and thermal properties was attributed to the adequate level of dispersion and interfacial interaction of the SiO2 nanoparticles in the polymer matrix. This situation possibly increased the efficiency of stress transfer across the nanocomposite compo-nents. Moreover, the data revealed a clear dependency on the filler size. The polymer nanocomposites filled with smaller nanofillers exhibited an outstanding enhancement in both mechanical properties and transparency compared with nanocomposites filled with larger particles. The best compromise of strength, toughness, and thermal proper-ties was achieved in PC-based nanocomposites. Therefore, special attention to the influ-ence of nanofiller on the ESC resistance was given to PC. The ESC resistance of the materials was investigated under static loading with and without the presence of stress-cracking agents. Interestingly, the incorporation of nano-SiO2 greatly enhanced the ESC resistance of PC in all investigated fluids. This result was particularly evident with the smaller quantities and sizes of nano-SiO2. The enhancement in ESC resistance was more effective in mild agents and air, where the quality of the deformation process was vastly altered with the presence of nano-SiO2. This finding confirmed that the new structural arrangements on the molecular scale in-duced by nanoparticles dominate over the ESC agent absorption effect and result in greatly improving the ESC resistance of the materials. This effect was more pronounced with increasing molecular weight of PC due to an increase in craze stability and fibril density. The most important and new finding is that the ESC behavior of polymer-based nanocomposites/ stress-cracking agent combinations can be scaled using the Hansen solubility parameter. Thus allowed us to predict the risk of ESC as a function of the filler content for different stress-cracking agents without performing extensive tests. For a comparison of different amorphous polymer-based nanocomposites at a given nano-SiO2 particle content, the ESC resistance of materials improved in the following order: PMMA/SiO2 < PS/SiO2 < low molecular weight PC/SiO2 < high molecular weight PC/SiO2. In most cases, nanocomposites with 1 vol.% of nano-SiO2 particles exhibited the largest improvement in ESC resistance. However, the remarkable improvement in the ESC resistance—particularly in PC-based nanocomposites—created some challenges related to material characterization because testing times (failure time) significantly increased. Accordingly, the superposition ap-proach has been applied to construct a master curve of crack propagation model from the available short-term tests at different temperatures. Good agreement of the master curves with the experimental data revealed that the superposition approach is a suitable comparative method for predicting slow crack growth behavior, particularly for long-duration cracking tests as in mild agents. This methodology made it possible to mini-mize testing time. Additionally, modeling and simulations using the finite element method revealed that multi-field modeling could provide reasonable predictions for diffusion processes and their impact on fracture behavior in different stress cracking agents. This finding sug-gests that the implemented model may be a useful tool for quick screening and mitigat-ing the risk of ESC failures in plastic products.

The simulation of physical phenomena involving the dynamic behavior of fluids and gases has numerous applications in various fields of science and engineering. Of particular interest is the material transport behavior, the tendency of a flow field to displace parts of the medium. Therefore, many visualization techniques rely on particle trajectories. Lagrangian Flow Field Representation. In typical Eulerian settings, trajectories are computed from the simulation output using numerical integration schemes. Accuracy concerns arise because, due to limitations of storage space and bandwidth, often only a fraction of the computed simulation time steps are available. Prior work has shown empirically that a Lagrangian, trajectory-based representation can improve accuracy [Agr+14]. Determining the parameters of such a representation in advance is difficult; a relationship between the temporal and spatial resolution and the accuracy of resulting trajectories needs to be established. We provide an error measure for upper bounds of the error of individual trajectories. We show how areas at risk for high errors can be identified, thereby making it possible to prioritize areas in time and space to allocate scarce storage resources. Comparative Visual Analysis of Flow Field Ensembles. Independent of the representation, errors of the simulation itself are often caused by inaccurate initial conditions, limitations of the chosen simulation model, and numerical errors. To gain a better understanding of the possible outcomes, multiple simulation runs can be calculated, resulting in sets of simulation output referred to as ensembles. Of particular interest when studying the material transport behavior of ensembles is the identification of areas where the simulation runs agree or disagree. We introduce and evaluate an interactive method that enables application scientists to reliably identify and examine regions of agreement and disagreement, while taking into account the local transport behavior within individual simulation runs. Particle-Based Representation and Visualization of Uncertain Flow Data Sets. Unlike simulation ensembles, where uncertainty of the solution appears in the form of different simulation runs, moment-based Eulerian multi-phase fluid simulations are probabilistic in nature. These simulations, used in process engineering to simulate the behavior of bubbles in liquid media, are aimed toward reducing the need for real-world experiments. The locations of individual bubbles are not modeled explicitly, but stochastically through the properties of locally defined bubble populations. Comparisons between simulation results and physical experiments are difficult. We describe and analyze an approach that generates representative sets of bubbles for moment-based simulation data. Using our approach, application scientists can directly, visually compare simulation results and physical experiments.

Die geometrische Produktspezifikation steht - wie viele andere Industriezweige - vor einschneidenden Veränderungen. Durch Digitalisierung und Automatisierung ändern sich viele industrielle Rahmenbedingungen. Ziel dieser Arbeit ist es, die derzeitigen Trends für die industrielle Rauheitsmesstechnik systematisch zusammenzutragen. Basierend auf diesen Veränderungen werden korrespondierende eigene Forschungsarbeiten vorgestellt, welche an die gezogenen Schlussfolgerungen anknüpfen. Dabei wird ein ganzheitlicher Ansatz zur Betrachtung technischer Oberflächen gewählt, welcher zunächst die fertigungstechnische Erzeugung deterministischer Rauheitsstrukturen analysiert. Anschließend werden die Beschreibung der resultierenden Topographiemerkmale mittels mathematischer Modelle und deren messtechnische Erfassung durch typische Topographie-Messgeräte untersucht. Weiterhin wird die hierauf aufbauende Charakterisierung der Oberfläche thematisiert, welche durch die Anwendung der Operationen Einpassung, Interpolation, Filterung und Berechnung von Rauheitskenngrößen gekennzeichnet ist. Im Rahmen fertigungstechnischer Betrachtungen werden dabei neue Technologien für die Herstellung flächenhafter Kalibriernormale untersucht, welche stellvertretend für deterministische Rauheitsstrukturen dienen, die immer weitere industrielle Verbreitung finden, um funktionelle Bauteileigenschaften mithilfe der Oberflächenbeschaffenheit abzubilden. Als Fertigungsverfahren werden dabei das direkte Laserschreiben sowie das Mikrofräsen betrachtet. Für die eigentliche Betrachtung dieser Oberflächen werden dabei Ansätze zur Modellierung von Rauheitseigenschaften untersucht, welche auf Methoden aus der Zeitreihenmodellierung basieren. Die messtechnische Erfassung von Rauheitsstrukturen ist anschließend Gegenstand der Analyse des Übertragungsverhaltens. Dabei werden hier ebenfalls Modelle genutzt, um die Übertragung von Oberflächeneigenschaften durch technische Rauheitsmessgeräte zu modellieren. Letzte Betrachtungen werden zur Auswertung von Rauheitskenngrößen angestellt. Dabei werden insbesondere die funktionsorientierten Rauheitskenngrößen untersucht, welche aufgrund der zunehmenden Komplexität technischer rauer Oberflächen verstärkt an Bedeutung gewinnen.

In dieser Masterarbeit wird die Bedeutung von Haltung im Lehr-Lern-Prozess der Erwachsenenbildung theoriebasierend reflektiert und diskutiert. Zur theoretischen Grundlegung der aufgeworfenen Thematik wurde eine Literaturarbeit erstellt mit der erkenntnisleitenden Fragestellung: Warum bedarf es einer Haltung der Anerkennung in der heilpädagogischen Lehre, die einen Begegnungsraum eröffnet und eine Seins-Werdung im Dialog ermöglicht? Die Haltung, betrachtet als das Sein des Pädagogen, wird mittels einer historischen Skizzierung entfaltet und philosophisch-anthropologisch grundgelegt. Daran schließt sich ein Diskurs aus drei unterschiedlichen Perspektiven an: Die erste ist die systemisch-konstruktivistische Bildungstheorie Bezug nehmend zu Niklas Luhmann und Horst Siebert sowie Rolf Arnold aus der Erwachsenenbildung. Die zweite fußt auf der kritischen Subjekttheorie basierend auf Max Horkheimer/Theodor W. Adorno, Axel Honneth und Erhard Meueler als Vertreter der Erwachsenenbildung. Die dritte bezieht sich auf die religions-philosophische Theorie von Romano Guardini und Martin Buber als konzeptionelle Entwickler von Angeboten in der Erwachsenenbildung. Es werden die unterschiedlichen Ausrichtungen verglichen, sodass in den Widersprüchen der Perspektiven die Bedeutung der Haltung in ihrer Vielschichtigkeit sichtbar wird. Aus diesem Diskurs heraus wurde der Versuch unternommen, einen verstehenden Zugang zum Anerkennungskonzept zu bahnen. Als Referenzpunkt dieser Arbeit wird das von Wolfgang Müller-Commichau entwickelte Konzept für die Erwachsenenbildung herangezogen, theoretisch begründet hergeleitet und ausführlich dargelegt. In einem hermeneutischen Zirkel erforscht er die pädagogischen Spannungsfelder und lässt in einem kreativ-konstruierenden Prozess einen intersubjektiven Begegnungsraum im Lehr-Lern-Prozess entstehen, in dem eine Pendelbewegung zwischen Selbst-Referenz und Fremd-Erwartung ermöglicht wird. Die wertschätzende und respektvolle Haltung der Anerkennung gilt auch für die Bildungsprozesse in der Heilpädagogik, die in einem abschließenden Kapitel mit Impulsen für die Gestaltung von Lehr-Lern-Prozessen praxisbezogen konkretisiert werden. Ziele der Bildungsangebote zur Heilpädagogik sind somit die Haltungsbildung und der Erwerb von Handlungskompetenzen. Über die Anerkennung im Dialog wird eine Haltungsbildung auf sozial-emotionaler Ebene angeregt, die vorrangig ist vor jeder kognitiven Theoriebildung, um das Sein der Heilpädagogin auszubilden und den Anforderungen der Praxis gerecht zu werden. Dieses Ergebnis der vorliegenden Masterarbeit schließt mit einem Zitat ab: „Wesenhafte Bildung wurzelt nicht im Wissen, sondern im Sein“ (Romano Guardini).

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.

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.

Ultrahochfester Beton (UHB oder aus dem Englischen Ultra High Performance Concrete, kurz UHPC) weist eine Druckfestigkeit im Bereich von 150 bis 250 MPa auf. Eine gesteigerte Zugfestigkeit und ein duktiles Verhalten werden durch die Zugabe von Mikrostahlfasern erzielt (Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete, UHPFRC). Der Fasergehalt ist in der Regel höher als bei normalfestem Faserbeton, sodass aufgrund der Fasern ein „Strain-hardening“ Verhalten erreicht werden kann: in einem Biegezugversuch kann die Last nach der Erstrissbildung weiter gesteigert werden bis zur Ausbildung mehrerer feiner Risse. Da der Beitrag der Fasern zum Zugtragverhalten des UHPFRC ein wesentlicher ist, müssen die Bauteile im gerissenen Zustand bemessen werden. Während der statische und dynamische Widerstand bereits umfangreich untersucht wurde, liegen nur wenige Untersuchungen bezüglich das Dauerstandzugverhaltens von gerissenem ultrahochfestem Beton vor. Untersuchungen an normalfestem faserverstärktem Beton haben gezeigt, dass die zeitabhängigen Zugverformungen im gerissenen Zustand größer sind als die in ungerissenem Material. Um die zu erwartenden Verformungen abschätzen zu können und um das Kriechverhalten des Materials bis zum Versagen zu analysieren, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein umfangreiches Versuchsprogramm durchgeführt. Über 60 uniaxiale Zug- und Biegezugprobekörper wurden unter Dauerlast über einen Zeitraum von bis zu 15 Monaten beansprucht. Davon wurden 22 Probekörper nach vier Monaten hinsichtlich ihrer Resttragfähigkeit getestet. Die restlichen Probekörper befinden sich für Langzeit-Messungen weiterhin in den Dauerlastprüfständen. Es wurden dabei verschiedene Parameter untersucht: u.a. das Belastungsniveau, Art und Umfang der Nachbehandlung des Betons, das Betonalter zu Beginn der Belastung, der Fasergehalt und die Faserschlankheit. Das Schwinden der unbelasteten Probekörper sowie das Druckkriechen belasteter Probekörper wurden an der verwendeten Mischung gemessen. Der UHPFRC wies im Allgemeinen ein sehr stabiles Verhalten auf und es zeigte sich keine unkontrollierte Zunahme der Verformungen infolge eines Faserauszugs. Lediglich bei einem Probekörper kam es bei einer Last von 79% der aufgebrachten Last am Ende der Vorbelastung zum Versagen. Der Autor sieht dabei eine ungünstige Faserausrichtung als mögliche Ursache des frühzeitigen Versagens des Probekörpers an, was auf einen bedeutenden Einfluss dieses Parameters auf die Tragfähigkeit schließen lässt. Hinsichtlich der Bemessung von gerissenen UHPFRC-Bauteilen unter Dauerlast wurde ein Vorschlag für die Bemessung der Dauerstandfestigkeit ausgearbeitet. Darüber hinaus wurden Faserauszugversuche durchgeführt und das Verbund-Schlupfverhalten der verwendeten Fasern ermittelt. Einige Probekörper wurden nach uniaxialen Zugversuchen per Computertomographie gescannt, um den Zusammenhang der Fasern im Versagensquerschnitt zur Zugfestigkeit der Probekörper zu untersuchen. Die untersuchten Probekörper wiesen unterschiedliche Zugfestigkeiten auf. Diese konnten durch die verschiedenen Faseranzahlen im Versagensquerschnitt gut abgebildet werden.

Die Dissertation mit dem Titel „bio-psycho-soziale Gesundheit der Studierenden der TU Kaiserslautern“ ist auf dem Hintergrund der Frage entstanden, wie die Gesundheit von Studierenden erhalten und gefördert werden kann. Die Gesundheitsprävention hat auch im Bereich der Hochschulen in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen, einerseits durch die steigende Anzahl psychischer Erkrankungen bei Studierenden, andererseits durch die Umsetzung des Präventionsgesetzes, das am 01.01.2016 in Kraft getreten ist. Die Arbeit gibt zentrale Hinweise auf Belastungen und Beanspruchungen von Studierenden der TUK und zeigt einen möglichen Weg zum Aufbau eines systematischen Gesundheitsmanagements an einer Universität. Unterfüttert anhand konkreter Beispiele aus der Praxis wird dargestellt, wie Präventionsmaßnahmen im Setting Universität durchgeführt werden können. Ein Beitrag zur Gesundheitsberichterstattung von Studierenden wird durch unterschiedliche Darstellungen zentraler Ergebnisse die Gesundheit der Studierenden betreffend geleistet. Im empirischen Teil der Arbeit werden sechs Hypothesen überprüft die anhand eines definierten Merkmalskanons Zusammenhänge und Unterschiede unterschiedlicher gesundheitsrelevanter Facetten herausarbeiten. Im Konkreten sind dies die Konstrukte Depressives Syndrom, Stress, Erschöpfung, Burnout, Engagement, soziale Unterstützung, allgemeine Lebenszufriedenheit in Kombination mit der Studienphase (Bachelor vs. Master), dem Hochschulsemester, Genderaspekten, körperlicher Aktivität sowie dem Leistungsumfang im Studium.

Der Werkstoff Sheet Molding Compound (SMC) wurde in den 1960er Jahren entwickelt und ermöglichte erstmals die großserientaugliche Herstellung von Faser- Kunststoff-Verbund (FKV) Bauteilen. Heutzutage werden ca. 20 % aller in Europa hergestellten Glasfasern in diesem Verfahren zu FKV verarbeitet. Die ökologischen und ökonomischen Anforderungen an FKV-Bauteile steigen kontinuierlich. Es werden immer leichtere, mechanisch höher belastbare und auch bio-basierte Pendants zu bekannten Lösungen gefordert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einsatz von biobasierten und nachwachsenden Rohstoffen als alternative Füllstoffe für duroplastische SMC-Halbzeuge untersucht. Die Verarbeitung der alternativen Füllstoffe in SMC-Halbzeugen darf keine negativen Einflüsse auf die Produktions- und Verarbeitungsabläufe mit sich bringen. Weiterhin soll durch den Einsatz der alternativen Füllstoffe eine Dichtereduktion um ca. 15 %, bei gleichbleibenden mechanischen Eigenschaften, erreicht werden. Die Verwendung der bio-basierten und nachwachsenden Füllstoffe darf nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelindustrie stehen. Zu Beginn der Arbeit wurden in Kooperation mit SMC-Experten und SMC-Herstellern die Spezifikationen und Anforderungen an ein Standard-SMC definiert. Anschließend wurde ein SMC-Halbzeug auf Basis eines ungesättigten Polyesterharzes, konventioneller mineralischer Füllstoffe und Glasfasern entwickelt. Dieses Halbzeug erfüllt mit einer Dichte von 1,95 g/cm³, einem E-Modul von 10,4 GPa und einer Zugfestigkeit von 100 MPa die geforderten Spezifikationen und diente im weiteren Verlauf der Arbeit als Referenz. Im Rahmen der Arbeit wurde nachgewiesen, dass die Verarbeitung von bio-basierten und nachwachsenden Rohstoffen eine Adaption der zuvor entwickelten Harzpaste erfordert und Sonnenblumenkernschalenmehl als Füllstoff die konventionellen Füllstoffe zu 100 % ersetzen kann. Die resultierende Halbzeugdichte beträgt 1,55 g/cm³ und liegt damit 20 % unter dem Referenzmaterial. Sowohl die mechanischen Kennwerte (E-Modul 10,8 GPa und Zugfestigkeit 96 MPa) als auch die Herstellung und Verarbeitung der Harzpaste erreichen die Referenzwerte und sind mit konventionellen Halbzeugen vergleichbar. Im Rahmen der Arbeit konnte somit die Tauglichkeit bio-basierter und nachwachsender Füllstoffe für einen möglichen Serieneinsatz in SMC-Halbzeugen nachgewiesen werden. Sheet Molding Compound (SMC) was developed in the 1960s and initially enabled the production of glass fiber reinforced polymer composite (GFRPC) in mass scale production. Nowadays, both material and process are well established for the production of semi-structural components in various applications from construction industry to automotive components. Currently, approximately 20% of all glass fibers produced in Europe are processed to SMC. Increasing strict ecological and economical requirements for construction materials, force further development of SMC in order to strengthen its sales markets and open up new ones. The objective of this work is the development of a SMC semi-finished product, using bio-based and renewable materials as alternative filler materials. The processing of the alternative fillers must not have any negative influence on the production and processing procedures. Furthermore, the use of alternative fillers should achieve a density reduction of 15% while maintaining the same mechanical properties. The use of bio-based and renewable fillers must not compete with the food industry. At first, specifications and requirements for a standard SMC were defined in cooperation with SMC experts and producers. Afterwards a SMC semi-finished product based on unsaturated polyester resin, glass fibers and conventional mineral fillers was developed. With a density of 1.95 g/cm³, a Young’s modulus of 10.4 GPa and a tensile strength of 100 MPa this SMC fulfills the specifications and is used as a reference for further development. In a second step a SMC with bio-based and renewable fillers was developed. This work proofs the complete replacement of conventional filler materials by bio-based and renewable filler materials. Therefore an adaption of the resin paste is necessary. The best results were achieved with a resin paste using sunflower hulls flour as filler material. The resulting semi-finished product shows a density of 1.55 g/cm³ and both processability and mechanical properties are comparable to conventional SMC materials With a fiber mass content of 30% by weight, a Young’s modulus of 10.8 GPa and a tensile strength of 96 MPa are achieved.

Previously in this journal we have reported on fundamental transversemode selection (TMS#0) of broad area semiconductor lasers (BALs) with integrated twice-retracted 4f set-up and film-waveguide lens as the Fourier-transform element. Now we choose and report on a simpler approach for BAL-TMS#0, i.e., the use of a stable confocal longitudinal BAL resonator of length L with a transverse constriction.The absolute value of the radius R of curvature of both mirror-facets convex in one dimension (1D) is R = L = 2f with focal length f.The round trip length 2L = 4f againmakes up for a Fourier-optical 4f set-up and the constriction resulting in a resonator-internal beam waist stands for a Fourier-optical low-pass spatial frequency filter. Good TMS#0 is achieved, as long as the constriction is tight enough, but filamentation is not completely suppressed. 1. Introduction Broad area (semiconductor diode) lasers (BALs) are intended to emit high optical output powers (where “high” is relative and depending on the material system). As compared to conventional narrow stripe lasers, the higher power is distributed over a larger transverse cross-section, thus avoiding catastrophic optical mirror damage (COMD). Typical BALs have emitter widths of around 100 ????m. Thedrawback is the distribution of the high output power over a large number of transverse modes (in cases without countermeasures) limiting the portion of the light power in the fundamental transverse mode (mode #0), which ought to be maximized for the sake of good light focusability. Thus techniques have to be used to support, prefer, or select the fundamental transverse mode (transverse mode selection TMS#0) by suppression of higher order modes already upon build-up of the laser oscillation. In many cases reported in the literature, either a BAL facet, the

Verkündungsblatt der TU Kaiserslautern Nr. 5/11.09.2019

Verkündungsblatt der TU Kaiserslautern Nr. 4/09.07.2019

Technische Oberflächen werden mit immer komplexeren, dreidimensionalen Strukturen hergestellt, um gewünschte Funktionseigenschaften zu erhalten. Mit taktilen Rauheitsmessgeräten lassen sich diese allerdings nur schwer charakterisieren. Besser eignen sich hierfür optische Rauheitsmessgeräte, die die Oberfläche flächenhaft erfassen können. Diese unterscheiden sich allerdings in ihren Eigenschaften und Einstellungen von den in der Industrie bekannten und bewährten taktilen Systemen. Daher wird in dieser Arbeit ein Assistenzsystem vorgestellt, das die Anwender unterstützt, ihr optisches Rauheitsmessgerät sicher und normgerecht nach DIN EN ISO 25178 einzusetzen.Das Assistenzsystem führt Schritt für Schritt durch die Planung einer Messaufgabe, durch die Überprüfung zur Kontrolle der korrekten Funktion des Gerätes und der Eignung für die Messaufgabe, und im letzten Schritt durch die normgerechte Auswertung der Messung, um die gewünschten 3D-Oberflächenkennwerte zu erhalten.

Private data analytics systems preferably provide required analytic accuracy to analysts and specified privacy to individuals whose data is analyzed. Devising a general system that works for a broad range of datasets and analytic scenarios has proven to be difficult. Despite the advent of differentially private systems with proven formal privacy guarantees, industry still uses inferior ad-hoc mechanisms that provide better analytic accuracy. Differentially private mechanisms often need to add large amounts of noise to statistical results, which impairs their usability. In my thesis I follow two approaches to improve the usability of private data analytics systems in general and differentially private systems in particular. First, I revisit ad-hoc mechanisms and explore the possibilities of systems that do not provide Differential Privacy or only a weak version thereof. Based on an attack analysis I devise a set of new protection mechanisms including Query Based Bookkeeping (QBB). In contrast to previous systems QBB only requires the history of analysts’ queries in order to provide privacy protection. In particular, QBB does not require knowledge about the protected individuals’ data. In my second approach I use the insights gained with QBB to propose UniTraX, the first differentially private analytics system that allows to analyze part of a protected dataset without affecting the other parts and without giving up on accuracy. I show UniTraX’s usability by way of multiple case studies on real-world datasets across different domains. UniTraX allows more queries than previous differentially private data analytics systems at moderate runtime overheads.

Green Innovation Areas have been developed in the US context of urban development in order to jump-start innovative solutions in abandoned areas. Prospective types of uses in these areas are not predetermined, but should be experimental and innovative. So far they can comprise vast greenhouse uses to less extensive clover fields, but their potential is not yet fully discovered. Implementing new and innovative economic uses in urban areas is relatively new in research for urban areas, in particular, when development types like bioeconomy are implemented. The joint German–Mexican research presented in this article aims at exploring the use of vacant inner urban spaces as Green Innovation Areas—discussing their potentials for sustainable development of shrinking cities.

Large-scale distributed systems consist of a number of components, take a number of parameter values as input, and behave differently based on a number of non-deterministic events. All these features—components, parameter values, and events—interact in complicated ways, and unanticipated interactions may lead to bugs. Empirically, many bugs in these systems are caused by interactions of only a small number of features. In certain cases, it may be possible to test all interactions of \(k\) features for a small constant \(k\) by executing a family of tests that is exponentially or even doubly-exponentially smaller than the family of all tests. Thus, in such cases we can effectively uncover all bugs that require up to \(k\)-wise interactions of features. In this thesis we study two occurrences of this phenomenon. First, many bugs in distributed systems are caused by network partition faults. In most cases these bugs occur due to two or three key nodes, such as leaders or replicas, not being able to communicate, or because the leading node finds itself in a block of the partition without quorum. Second, bugs may occur due to unexpected schedules (interleavings) of concurrent events—concurrent exchange of messages and concurrent access to shared resources. Again, many bugs depend only on the relative ordering of a small number of events. We call the smallest number of events whose ordering causes a bug the depth of the bug. We show that in both testing scenarios we can effectively uncover bugs involving small number of nodes or bugs of small depth by executing small families of tests. We phrase both testing scenarios in terms of an abstract framework of tests, testing goals, and goal coverage. Sets of tests that cover all testing goals are called covering families. We give a general construction that shows that whenever a random test covers a fixed goal with sufficiently high probability, a small randomly chosen set of tests is a covering family with high probability. We then introduce concrete coverage notions relating to network partition faults and bugs of small depth. In case of network partition faults, we show that for the introduced coverage notions we can find a lower bound on the probability that a random test covers a given goal. Our general construction then yields a randomized testing procedure that achieves full coverage—and hence, find bugs—quickly. In case of coverage notions related to bugs of small depth, if the events in the program form a non-trivial partial order, our general construction may give a suboptimal bound. Thus, we study other ways of constructing covering families. We show that if the events in a concurrent program are partially ordered as a tree, we can explicitly construct a covering family of small size: for balanced trees, our construction is polylogarithmic in the number of events. For the case when the partial order of events does not have a "nice" structure, and the events and their relation to previous events are revealed while the program is running, we give an online construction of covering families. Based on the construction, we develop a randomized scheduler called PCTCP that uniformly samples schedules from a covering family and has a rigorous guarantee of finding bugs of small depth. We experiment with an implementation of PCTCP on two real-world distributed systems—Zookeeper and Cassandra—and show that it can effectively find bugs.

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde ein Lernzirkel entwickelt, der die Schulfächer Biologie und Erdkunde miteinander verknüpft. Er thematisiert die Angepasstheit von Pflanzen an klimatische Faktoren und stützt sich somit auf die Geobotanik als integrative Wissenschaft. Der Lernzirkel mit seinen 16 Stationen nutzt den außerschulischen Lernort „Botanischer Garten“ und ist in den Gewächshäusern des Fachbereichsgarten der Biologie der Technischen Universität Kaiserslautern verortet. Zielgruppe sind Schülerinnen und Schüler der gymnasialen Oberstufe der Biologie- und Erdkunde-Kurse. Eine Lehrplanpassung in beiden Fächern fundiert den fächerverbindenden Ansatz. An den handlungsorientierten Stationen werden spezifische Fragestellungen anhand des Originals sowie mittels experimenteller Lernformen unter Anwendung fachwissenschaftlicher Arbeitsweisen in Partnerarbeit gelöst. Dabei erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler die Stationen mittels einer Applikation auf einem Tablet-PC, die Informationen (Text-, Bild- und Videomaterial) bietet, sowie die interaktive Arbeit der Schülerinnen und Schüler an den Stationen sichert und dokumentiert. Neben dieser digitalen Umsetzung sorgen weitere methodische Unterrichtsprinzipien wie Realbezug und Primärerfahrung sowie ein Aufbau der Stationen vom Einfachen zum Komplexen für einen effektiven Wissenstransfer. Durch die digitale Umsetzung kommt dem Instruktionsdesign und mediendidaktischen Entscheidungen bei der Entwicklung der Web-Applikation zum Lernzirkel entscheidende Bedeutung zu. Nach der Konzeption der Web-App auf Basis lerntheoretischer Grundlagen wurde im Rahmen der Erprobung des Lernzirkels ein schülerorientierter Ansatz zur Optimierung verfolgt. Unterstützt durch Videographie konnte der Lernzirkel weiterentwickelt werden und hat gezeigt, dass die Schülerinnen und Schüler die Inhalte motiviert und zielführend eigenständig erarbeiten.

Mit der vorliegenden Studie soll ein Beitrag zur empirisch gestützten Klärung des Begriffs und damit auch zur Verbesserung seiner statistischen Erfassung geleistet werden. Dazu wird der Modus einer Fallstudie gewählt, um die organisationalen und institutionellen Rahmenbedingungen in einem speziellen Hochschulkontext miteinzubeziehen und bei der Analyse der Weiterbildungsangebote würdigen zu können. Die Grundlage dessen bildet eine Auseinandersetzung mit dem mitunter generisch gebrauchten Begriff der wissenschaftlichen Weiterbildung, die von einer Reflexion über dessen Definition bis hin zu einem Vorschlag reicht, anhand welchen hochschulische Weiterbildungsangebote differenzierter als bisher attribuiert werden können.

Dieser Arbeits- und Forschungsbericht skizziert die Erprobung und beschreibt die Evaluationsergebnisse des wissenschaftlichen Zertifikatskurses „Versorgungsstrategien und psychosoziale Unterstützung für ein Leben mit Demenz zu Hause“. Der Kurs wurde im Wintersemester 2018/19 an der Hochschule für Wirtschaft und Gesellschaft Ludwigshafen erprobt und durch Mitarbeitende des Teilprojektes E-hoch-B – „Pflege und Gesundheit“ begleitet und evaluiert. Ziel war es, die soziodemografischen Merkmale sowie bildungs- und berufsbiografischen Kennzeichen der Teilnehmenden des Zertifikatskurses herauszuarbeiten. Weiterhin sollte festgehalten werden, wie die Teilnehmenden den Zertifikatskurs erleben und welche Handlungsempfehlungen für die Weiterentwicklung und Verstetigung des Kurses abgeleitet werden können. Die Zielgruppe für das evidenzbasierte Bildungsangebot waren berufserfahrene Pflegefachpersonen aus der ambulanten Gesundheitsversorgung. Es sind qualitative Fokusgruppeninterviews durchgeführt worden, die durch Fragebögen flankiert wurden.

Dieser Arbeits- und Forschungsbericht skizziert die Erprobung und beschreibt die Evaluationsergebnisse des wissenschaftlichen Zertifikatskurses „Beraten, Informieren und Schulen in der Pflege“. Der Kurs wurde im Wintersemester 2018/19 an der Hochschule für Wirtschaft und Gesellschaft Ludwigshafen teilerprobt und durch Mitarbeitende des Teilprojektes E-hoch-B – „Pflege und Gesundheit“ begleitet und evaluiert. Ziel war es, die soziodemografischen Merkmale sowie bildungs- und berufsbiografischen Kennzeichen der Teilnehmenden des Zertifikatskurses herauszuarbeiten. Weiterhin sollte festgehalten werden, wie die Teilnehmenden den Zertifikatskurs erlebt haben und welche Handlungsempfehlungen für die Weiterentwicklung und Verstetigung des Kurses abgeleitet werden können. Die Zielgruppe für das evidenzbasierte Bildungsangebot waren berufserfahrene Pflegefachpersonen aus der ambulanten Gesundheitsversorgung. Es sind qualitative Fokusgruppeninterviews durchgeführt worden, die durch Fragebögen flankiert wurden.

Regulation of metabolism is complex and involves enzymes and membrane transporters, which form networks to support energy dynamics. Lactate, as a metabolic intermediate from glucose or glycogen breakdown, appears to play a major role as additional energetic substrate, which is shuttled between glycolytic and oxidative cells, both under hypoxic and normoxic conditions. Transport of lactate across the cell membrane is mediated by monocarboxylate transporters (MCTs) in cotransport with H+, which is a substrate, a signal and a modulator of metabolic processes. MCTs form a “transport metabolon” with carbonic anhydrases (CAs), which not only provide a rapid equilibrium between CO2, HCO3– and H+, but, in addition, enhances lactate transport, as found in Xenopus oocytes, employed as heterologous expression system, as well as in astrocytes and cancer cells. Functional interactions between different CA isoforms and MCTs have been found to be isoform-specific, independent of the enzyme’s catalytic activity, and they require physical interaction between the proteins. CAs mediate between different states of metabolic acidosis, induced by glycolysis and oxidative phosphorylation, and play a relay function in coupling pH regulation and metabolism. In the brain, metabolic processes in astrocytes appear to be linked to bicarbonate transport and to neuronal activity. Here, we focus on physiological processes of energy dynamics in astrocytes as well as on the transfer of energetic substrates to neurons.

In this paper we present the results of the project “#Datenspende” where during the German election in 2017 more than 4000 people contributed their search results regarding keywords connected to the German election campaign. Analyzing the donated result lists we prove, that the room for personalization of the search results is very small. Thus the opportunity for the effect mentioned in Eli Pariser’s filter bubble theory to occur in this data is also very small, to a degree that it is negligible. We achieved these results by applying various similarity measures to the result lists that were donated. The first approach using the number of common results as a similarity measure showed that the space for personalization is less than two results out of ten on average when searching for persons and at most four regarding the search for parties. Application of other, more specific measures show that the space is indeed smaller, so that the presence of filter bubbles is not evident. Moreover this project is also a proof of concept, as it enables society to permanently monitor a search engine’s degree of personalization for any desired search terms. The general design can also be transferred to intermediaries, if appropriate APIs restrict selective access to contents relevant to the study in order to establish a similar degree of trustworthiness.

Most modern multiprocessors offer weak memory behavior to improve their performance in terms of throughput. They allow the order of memory operations to be observed differently by each processor. This is opposite to the concept of sequential consistency (SC) which enforces a unique sequential view on all operations for all processors. Because most software has been and still is developed with SC in mind, we face a gap between the expected behavior and the actual behavior on modern architectures. The issues described only affect multithreaded software and therefore most programmers might never face them. However, multi-threaded bare metal software like operating systems, embedded software, and real-time software have to consider memory consistency and ensure that the order of memory operations does not yield unexpected results. This software is more critical as general consumer software in terms of consequences, and therefore new methods are needed to ensure their correct behavior. In general, a memory system is considered weak if it allows behavior that is not possible in a sequential system. For example, in the SPARC processor with total store ordering (TSO) consistency, all writes might be delayed by store buffers before they eventually are processed by the main memory. This allows the issuing process to work with its own written values before other processes observed them (i.e., reading its own value before it leaves the store buffer). Because this behavior is not possible with sequential consistency, TSO is considered to be weaker than SC. Programming in the context of weak memory architectures requires a proper comprehension of how the model deviates from expected sequential behavior. For verification of these programs formal representations are required that cover the weak behavior in order to utilize formal verification tools. This thesis explores different verification approaches and respectively fitting representations of a multitude of memory models. In a joint effort, we started with the concept of testing memory operation traces in regard of their consistency with different memory consistency models. A memory operation trace is directly derived from a program trace and consists of a sequence of read and write operations for each process. Analyzing the testing problem, we are able to prove that the problem is NP-complete for most memory models. In that process, a satisfiability (SAT) encoding for given problem instances was developed, that can be used in reachability and robustness analysis. In order to cover all program executions instead of just a single program trace, additional representations are introduced and explored throughout this thesis. One of the representations introduced is a novel approach to specify a weak memory system using temporal logics. A set of linear temporal logic (LTL) formulas is developed that describes all properties required to restrict possible traces to those consistent to the given memory model. The resulting LTL specifications can directly be used in model checking, e.g., to check safety conditions. Unfortunately, the derived LTL specifications suffer from the state explosion problem: Even small examples, like the Peterson mutual exclusion algorithm, tend to generate huge formulas and require vast amounts of memory for verification. For this reason, it is concluded that using the proposed verification approach these specifications are not well suited for verification of real world software. Nonetheless, they provide comprehensive and formally correct descriptions that might be used elsewhere, e.g., programming or teaching. Another approach to represent these models are operational semantics. In this thesis, operational semantics of weak memory models are provided in the form of reference machines that are both correct and complete regarding the memory model specification. Operational semantics allow to simulate systems with weak memory models step by step. This provides an elegant way to study the effects that lead to weak consistent behavior, while still providing a basis for formal verification. The operational models are then incorporated in verification tools for multithreaded software. These state space exploration tools proved suitable for verification of multithreaded software in a weak consistent memory environment. However, because not only the memory system but also the processor are expressed as operational semantics, some verification approach will not be feasible due to the large size of the state space. Finally, to tackle the beforementioned issue, a state transition system for parallel programs is proposed. The transition system is defined by a set of structural operational semantics (SOS) rules and a suitable memory structure that can cover multiple memory models. This allows to influence the state space by use of smart representations and approximation approaches in future work.

Various physical phenomenons with sudden transients that results into structrual changes can be modeled via switched nonlinear differential algebraic equations (DAEs) of the type \[ E_{\sigma}\dot{x}=A_{\sigma}x+f_{\sigma}+g_{\sigma}(x). \tag{DAE} \] where \(E_p,A_p \in \mathbb{R}^{n\times n}, x\mapsto g_p(x),\) is a mapping, \(p \in \{1,\cdots,P\}, P\in \mathbb{N} f \in \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}^n , \sigma: \mathbb{R} \rightarrow \{1,\cdots, P\}\). Two related common tasks are: Task 1: Investigate if above (DAE) has a solution and if it is unique. Task 2: Find a connection among a solution of above (DAE) and solutions of related partial differential equations. In the linear case \(g(x) \equiv 0\) the task 1 has been tackeled already in a distributional solution framework. A main goal of the dissertation is to give contribution to task 1 for the nonlinear case \(g(x) \not \equiv 0\) ; also contributions to the task 2 are given for switched nonlinear DAEs arising while modeling sudden transients in water distribution networks. In addition, this thesis contains the following further contributions: The notion of structured switched nonlinear DAEs has been introduced, allowing also non regular distributions as solutions. This extend a previous framework that allowed only piecewise smooth functions as solutions. Further six mild conditions were given to ensure existence and uniqueness of the solution within the space of piecewise smooth distribution. The main condition, namely the regularity of the matrix pair \((E,A)\), is interpreted geometrically for those switched nonlinear DAEs arising from water network graphs. Another contribution is the introduction of these switched nonlinear DAEs as a simplication of the PDE model used classically for modeling water networks. Finally, with the support of numerical simulations of the PDE model it has been illustrated that this switched nonlinear DAE model is a good approximation for the PDE model in case of a small compressibility coefficient.

We report the design, fabrication and experimental investigation of a spectrally wide-band terahertz spatial light modulator (THz-SLM) based on an array of 768 actuatable mirrors with each having a length of 220 μm and a width of 100 μm. A mirror length of several hundred micrometers is required to reduce diffraction from individual mirrors at terahertz frequencies and to increase the pixel-to-pixel modulation contrast of the THz-SLM. By means of spatially selective actuation, we used the mirror array as reconfigurable grating to spatially modulate terahertz waves in a frequency range from 0.97 THz to 2.28 THz. Over the entire frequency band, the modulation contrast was higher than 50% with a peak modulation contrast of 87% at 1.38 THz. For spatial light modulation, almost arbitrary spatial pixel sizes can be realized by grouping of mirrors that are collectively switched as a pixel. For fabrication of the actuatable mirrors, we exploited the intrinsic residual stress in chrome-copper-chrome multi-layers that forces the mirrors into an upstanding position at an inclination angle of 35°. By applying a bias voltage of 37 V, the mirrors were pulled down to the substrate. By hysteretic switching, we were able to spatially modulate terahertz radiation at arbitrary pixel modulation patterns.

Anisotropy of tracer-coupled networks is a hallmark in many brain regions. In the past, the topography of these networks was analyzed using various approaches, which focused on different aspects, e.g., position, tracer signal, or direction of coupled cells. Here, we developed a vector-based method to analyze the extent and preferential direction of tracer spreading. As a model region, we chose the lateral superior olive—a nucleus that exhibits specialized network topography. In acute slices, sulforhodamine 101-positive astrocytes were patch-clamped and dialyzed with the GJ-permeable tracer neurobiotin, which was subsequently labeled with avidin alexa fluor 488. A predetermined threshold was used to differentiate between tracer-coupled and tracer-uncoupled cells. Tracer extent was calculated from the vector means of tracer-coupled cells in four 90° sectors. We then computed the preferential direction using a rotating coordinate system and post hoc fitting of these results with a sinusoidal function. The new method allows for an objective analysis of tracer spreading that provides information about shape and orientation of GJ networks. We expect this approach to become a vital tool for the analysis of coupling anisotropy in many brain regions

The coordination of multiple external representations is important for learning, but yet a difficult task for students, requiring instructional support. The subject in this study covers a typical relation in physics between abstract mathematical equations (definitions of divergence and curl) and a visual representation (vector field plot). To support the connection across both representations, two instructions with written explanations, equations, and visual representations (differing only in the presence of visual cues) were designed and their impact on students’ performance was tested. We captured students’ eye movements while they processed the written instruction and solved subsequent coordination tasks. The results show that students instructed with visual cues (VC students) performed better, responded with higher confidence, experienced less mental effort, and rated the instructional quality better than students instructed without cues. Advanced eye-tracking data analysis methods reveal that cognitive integration processes appear in both groups at the same point in time but they are significantly more pronounced for VC students, reflecting a greater attempt to construct a coherent mental representation during the learning process. Furthermore, visual cues increase the fixation count and total fixation duration on relevant information. During problem solving, the saccadic eye movement pattern of VC students is similar to experts in this domain. The outcomes imply that visual cues can be beneficial in coordination tasks, even for students with high domain knowledge. The study strongly confirms an important multimedia design principle in instruction, that is, that highlighting conceptually relevant information shifts attention to relevant information and thus promotes learning and problem solving. Even more, visual cues can positively influence students’ perception of course materials.

The main focus of the research lies in the interpretation and application of results and correlations of soil properties from in situ testing and subsequent use in terramechanical applications. The empirical correlations and current procedures were mainly developed for medium to large depths, and therefore they were re-evaluated and adjusted herein to reflect the current state of knowledge for the assessment of near-surface soil. For testing technologies, a field investigation to a moon analogue site was carried out. Focus was placed in the assessment of the near surface soil properties. Samples were collected for subsequent analysis in laboratory conditions. Further laboratory experiments in extraterrestrial soil simulants and other terrestrial soils were conducted and correlations with relative density and shear strength parameters were attempted. The correlations from the small scale laboratory experiments, and the new re-evaluated correlation for relative density were checked against the data from the field investigation. Additionally, single tire-soil tests were carried out, which enable the investigation of the localized soil response in order to advance current wheel designs and subsequently the vehicle’s mobility. Furthermore, numerical simulations were done to aid the investigation of the tire-soil interaction. Summing up, current relationships for estimating relative density of near surface soil were re-evaluated, and subsequently correlated to shear strength parameters that are the main input to model soil in numerical analyses. Single tire-soil tests were carried out and were used as a reference to calibrate the interaction of the tire and the soil and subsequently were utilized to model rolling scenarios which enable the assessment of soil trafficability and vehicle’s mobility.

Im Rahmen dieser Dissertationsarbeit wurden 2,6-Bis(pyrazol-3-yl)pyridinliganden im Ligandenrückgrat und in N-Position funktionalisiert, um chirale C2-symmetrische tridentate Liganden mit Stickstoffdonoratomen bzw. bifunktionelle pentadentate Liganden mit Stickstoff- und Phosphordonoratomen zu generieren. Die C2-symmetrischen tridentaten Liganden wurden mit Eisen(II)- und Ruthenium(II)vorstufen zu monometallischen Katalysatoren umgesetzt. Diese wurden erfolgreich in der Hydrosilylierung und Transferhydrierung von Carbonylverbindungen angewendet. Ebenso wurden erste Untersuchungen der Reaktionsmechanismenverläufe durchgeführt. Mit Hilfe der gut zugänglichen bifunktionellen Bispyrazolylpyridinliganden konnten zahlreiche mono- und multimetallische Übergangsmetallkomplexverbindungen synthetisiert und teilweise auf Kooperativität in der katalytischen Reduzierung von Ketonen getestet werden. Dabei wurde bei den durchgeführten Hydrierungs- und Transferhydrierungsreaktionen eine deutliche Aktivitätssteigerung einiger multimetallischer Katalysatoren im Vergleich zu deren monometallischen Derivaten beobachtet. Durch geschickte Wahl der Übergangsmetallkombinationen konnten zusätzlich erste Erkenntnisse über die Kooperativität innerhalb der multimetallischen Katalysatoren gewonnen werden.

Destructive diseases of the lung like lung cancer or fibrosis are still often lethal. Also in case of fibrosis in the liver, the only possible cure is transplantation. In this thesis, we investigate 3D micro computed synchrotron radiation (SR\( \mu \)CT) images of capillary blood vessels in mouse lungs and livers. The specimen show so-called compensatory lung growth as well as different states of pulmonary and hepatic fibrosis. During compensatory lung growth, after resecting part of the lung, the remaining part compensates for this loss by extending into the empty space. This process is accompanied by an active vessel growing. In general, the human lung can not compensate for such a loss. Thus, understanding this process in mice is important to improve treatment options in case of diseases like lung cancer. In case of fibrosis, the formation of scars within the organ's tissue forces the capillary vessels to grow to ensure blood supply. Thus, the process of fibrosis as well as compensatory lung growth can be accessed by considering the capillary architecture. As preparation of 2D microscopic images is faster, easier, and cheaper compared to SR\( \mu \)CT images, they currently form the basis of medical investigation. Yet, characteristics like direction and shape of objects can only properly be analyzed using 3D imaging techniques. Hence, analyzing SR\( \mu \)CT data provides valuable additional information. For the fibrotic specimen, we apply image analysis methods well-known from material science. We measure the vessel diameter using the granulometry distribution function and describe the inter-vessel distance by the spherical contact distribution. Moreover, we estimate the directional distribution of the capillary structure. All features turn out to be useful to characterize fibrosis based on the deformation of capillary vessels. It is already known that the most efficient mechanism of vessel growing forms small torus-shaped holes within the capillary structure, so-called intussusceptive pillars. Analyzing their location and number strongly contributes to the characterization of vessel growing. Hence, for all three applications, this is of great interest. This thesis provides the first algorithm to detect intussusceptive pillars in SR\( \mu \)CT images. After segmentation of raw image data, our algorithm works automatically and allows for a quantitative evaluation of a large amount of data. The analysis of SR\( \mu \)CT data using our pillar algorithm as well as the granulometry, spherical contact distribution, and directional analysis extends the current state-of-the-art in medical studies. Although it is not possible to replace certain 3D features by 2D features without losing information, our results could be used to examine 2D features approximating the 3D findings reasonably well.

Graphs and flow networks are important mathematical concepts that enable the modeling and analysis of a large variety of real world problems in different domains such as engineering, medicine or computer science. The number, sizes and complexities of those problems permanently increased during the last decades. This led to an increased demand of techniques that help domain experts in understanding their data and its underlying structure to enable an efficient analysis and decision making process. To tackle this challenge, this work presents several new techniques that utilize concepts of visual analysis to provide domain scientists with new visualization methodologies and tools. Therefore, this work provides novel concepts and approaches for diverse aspects of the visual analysis such as data transformation, visual mapping, parameter refinement and analysis, model building and visualization as well as user interaction. The presented techniques form a framework that enriches domain scientists with new visual analysis tools and help them analyze their data and gain insight from the underlying structures. To show the applicability and effectiveness of the presented approaches, this work tackles different applications such as networking, product flow management and vascular systems, while preserving the generality to be applicable to further domains.

Study 1 (Chapter 2) is an empirical case study that concerns the nature of teaching–learning transactions that facilitate self-directed learning in vocational education and training of young adults in England. It addresses in part the concern that fostering the skills necessary for self-directed learning is an important endeavor of vocational education and training in many contexts internationally. However, there is a distinct lack of studies that investigate the extent to which facilitation of self-directed learning is present within vocational education and training in different contexts. An exploratory thematic qualitative analysis of inspectors’ comments within general Further Education college Ofsted inspection reports was conducted to investigate the balance of control of the learning process between teacher and learner within vocational education and training of young adults in England. A clear difference between outstanding and inadequate provision is reported. Inadequate provision was overwhelmingly teacher-directed. Outstanding provision reflected a collaborative relationship between teacher and learner in directing the learning process, despite the Ofsted framework not explicitly identifying the need for learner involvement in directing the learning process. The chapter offers insight into the understanding of how an effective balance of control of learning between teacher and learner may be realized in vocational education and training settings and highlights the need to consider the modulating role of contextual factors. Following the further research directions outlined in Chapter 2, study 2 (Chapter 3) is a theoretical chapter that addresses the issue that fostering adult learners’ competence to adapt appropriately to our ever-changing world is a primary concern of adult education. The purpose of the chapter is novel and examines whether the consideration of modes of learning (instruction, performance, and inquiry) could assist in the design of adult education that facilitates self-directed learning and enables learners to think and perform adaptively. The concept of modes of learning originated from the typology of Houle (1980). However, to date, no study has reached beyond this typology, especially concerning the potential of using modes of learning in the design of adult education. Specifically, an apparent oversight in adult learning theory is the foremost importance of the consideration of whether inquiry is included in the learning process: its inclusion potentially differentiates the purpose of instruction, the nature of learners’ performance, and the underlying epistemological positioning. To redress this concern, two models of modes of learning are proposed and contrasted. The reinforcing model of modes of learning (instruction, performance, without inquiry) promotes teacher-directed learning. A key consequence of employing this model in adult education is that learners may become accustomed to habitually reinforcing patterns of perceiving, thinking, judging, feeling, and acting—performance that may be rather inflexible and represented by a distinct lack of a perceived need to adapt to social contextual changes: a lack of motivation for self-directed learning. Rather, the adapting model of modes of learning (instruction, performance, with inquiry) may facilitate learners to be adaptive in their performance—by encouraging an enhanced learner sensitivity toward changing social contextual conditions: potentially enhancing learners’ motivation for self-directed learning. In line with the further research directions highlighted in Chapter 3, concerning the need to consider the nature and treatment of educational experiences that are conductive to learner growth and development, study 3 (Chapter 4) presents a systematic review of the experiential learning theory; a theory that perhaps cannot be uncoupled from self-directed learning theory, especially in regard to understanding the cognitive aspect of self-directed learning, which represents an important direction for further research on self-directed learning. D. A. Kolb’s (1984) experiential learning cycle is perhaps the most scholarly influential and cited model regarding experiential learning theory. However, a key issue in interpreting Kolb’s model concerns a lack of clarity regarding what constitutes a concrete experience, exactly. A systematic literature review was conducted in order to examine: what constitutes a concrete experience and what is the nature of treatment of a concrete experience in experiential learning? The analysis revealed five themes: learners are involved, active, participants; knowledge is situated in place and time; learners are exposed to novel experiences, which involves risk; learning demands inquiry to specific real-world problems; and critical reflection acts as a mediator of meaningful learning. Accordingly, a revision to Kolb’s model is proposed: experiential learning consists of contextually rich concrete experience, critical reflective observation, contextual-specific abstract conceptualization, and pragmatic active experimentation. Further empirical studies are required to test the model proposed. Finally, in Chapter 5 key findings of the studies are summarized, including that the models proposed in Chapters 3 and 4 (Figures 2 and 4, respectively) may be important considerations for further research on self-directed learning.

Small concentrations of alloying elements can modify the α α - γ γ phase transition temperature T c Tc of Fe. We study this effect using an atomistic model based on a set of many-body interaction potentials for iron and several alloying elements. Free-energy calculations based on perturbation theory allow us to determine the change in T c Tc introduced by the alloying element. The resulting changes are in semi-quantitative agreement with experiment. The effect is traced back to the shape of the pair potential describing the interaction between the Fe and the alloying atom

Muscular imbalances of the trunk muscles are held responsible for changes in body posture. At the same time, whole-body electromyostimulation (WB-EMS) has been established as a new training method that enables simultaneous stimulation of many muscle groups. This study was aiming to analyze if a 10 weeks WB-EMS training changes posture-relevant parameters and/or improves isometric strength of the trunk extensors and flexors, and if there are differences based on stimulation at 20 Hz and 85 Hz. Fifty eight untrained adult test persons were divided into three groups (control, CON; training with 20 Hz stimulation, TR20; training with 85 Hz, TR85). Anthropometric parameters, trunk extension and flexion forces and torques, and posture parameters were determined before (n = 58) and after (n = 53: CON: n = 15, TR20: n = 19, TR85: n = 19) a 10 weeks WB-EMS training program (15 applications, 9 exercises). Differences between the groups were calculated for pre- and post-tests using univariate ANOVA and between the test times using repeated (2 × 3) ANOVA. Comparisons of pairs were calculated post hoc based on Fisher (LSD). No differences between the groups were found for the posture parameters. The post hoc analysis of both trunk flexion and trunk extension forces and torques showed a significant difference between the groups TR85 and CON but no difference between the other group pairs. A 10 weeks whole-body electrostimulation training with a stimulation frequency of 85 Hz in contrast to training with a stimulation frequency of 20 Hz improves the trunk muscle strength of an untrained group but does not significantly change posture parameters.

In this dissertation we apply financial mathematical modelling to electricity markets. Electricity is different from any other underlying of financial contracts: it is not storable. This means that electrical energy in one time point cannot be transferred to another. As a consequence, power contracts with disjoint delivery time spans basically have a different underlying. The main idea throughout this thesis is exactly this two-dimensionality of time: every electricity contract is not only characterized by its trading time but also by its delivery time. The basis of this dissertation are four scientific papers corresponding to the Chapters 3 to 6, two of which have already been published in peer-reviewed journals. Throughout this thesis two model classes play a significant role: factor models and structural models. All ideas are applied to or supported by these two model classes. All empirical studies in this dissertation are conducted on electricity price data from the German market and Chapter 4 in particular studies an intraday derivative unique to the German market. Therefore, electricity market design is introduced by the example of Germany in Chapter 1. Subsequently, Chapter 2 introduces the general mathematical theory necessary for modelling electricity prices, such as Lévy processes and the Esscher transform. This chapter is the mathematical basis of the Chapters 3 to 6. Chapter 3 studies factor models applied to the German day-ahead spot prices. We introduce a qualitative measure for seasonality functions based on three requirements. Furthermore, we introduce a relation of factor models to ARMA processes, which induces a new method to estimate the mean reversion speed. Chapter 4 conducts a theoretical and empirical study of a pricing method for a new electricity derivative: the German intraday cap and floor futures. We introduce the general theory of derivative pricing and propose a method based on the Hull-White model of interest rate modelling, which is a one-factor model. We include week futures prices to generate a price forward curve (PFC), which is then used instead of a fixed deterministic seasonality function. The idea that we can combine all market prices, and in particular futures prices, to improve the model quality also plays the major role in Chapter 5 and Chapter 6. In Chapter 5 we develop a Heath-Jarrow-Morton (HJM) framework that models intraday, day-ahead, and futures prices. This approach is based on two stochastic processes motivated by economic interpretations and separates the stochastic dynamics in trading and delivery time. Furthermore, this framework allows for the use of classical day-ahead spot price models such as the ones of Schwartz and Smith (2000), Lucia and Schwartz (2002) and includes many model classes such as structural models and factor models. Chapter 6 unifies the classical theory of storage and the concept of a risk premium through the introduction of an unobservable intrinsic electricity price. Since all tradable electricity contracts are derivatives of this actual intrinsic price, their prices should all be derived as conditional expectation under the risk-neutral measure. Through the intrinsic electricity price we develop a framework, which also includes many existing modelling approaches, such as the HJM framework of Chapter 5.

Die vorliegende Arbeit lässt sich in drei Themengebiete unterteilen. Jedes davon kann durch ein Übergangsmetall der sechsten Nebengruppe repräsentiert werden. Ein Vertreter der sperrigen Alkylcyclopentadienyl-Liganden wurde stets als Hilfsligand verwendet. Mehr als 40 Komplexe des Chroms, Molybdäns und Wolframs mit sperrigen Cyclopentadienyl-Liganden konnten im Rahmen dieser Arbeit hergestellt und untersucht werden. Die meisten Strukturmotive konnten dabei röntgenkristallographisch aufgeklärt werden. Mit dem synthetisch und sterisch besonders aufwändigen Pentaisopropyl-cyclopentadienyl-Liganden konnten allein sieben Chromkomplexe hergestellt und charakterisiert werden. Eine sehr hohe Reaktivität der Ausgangsverbindungen der Form [RCpCr(µ-Br)]2 mit RCp = Cp’’’ und 5Cp gegenüber Nucleophilen zeigte sich in Umsetzungen mit Natrium-cyclopentadieniden, Natrium-bis(trimethylsilyl)amid, einem N-heterocylischen Carben, unterschiedlichen Natrium-phenolaten, Natrium-phenylacetylid, unterschiedlichen Grignard-Reagenzien, Lithiumaluminiumhydrid, Natriumazid und Kaliumcyanid. Gemischt substituierte Pentaalkyl-Chromocene [Cp’’’CrCp’’] und [5CpCrCp] mit unterschiedlich substituierten Hilfsliganden konnten erfolgreich synthetisiert werden. Mit sperrigen Nucleophilen oder mit einem sperrigen N-heterocyclischen Carbenliganden wurden die Einkernkomplexe [RCpCrYL] mit der Kombination aus einem anionischen Liganden Y und einem neutralen Donorliganden L (Y/L = Br/NHC, CH3/NHC, N(SiMe3)2/THF und O(tBu)2C6H3/THF) gebildet. Die Umsetzungen der Chrom(II)-Ausgangsverbindungen mit Phenolato-Liganden lieferten Produkte mit unterschiedlichen Strukturmotiven je nach Sperrigkeit der Substituenten am aromatischen Sechsring des eingesetzten Liganden. Dabei konnte neben dem Einkernkomplex [Cp’’’Cr(O(tBu)2C6H3)(THF)] eine Zweikernverbindung [Cp’’’Cr(µ-OPh)]2 isoliert und kristallographisch aufgeklärt werden. Die µ,η1:η2-Koordination der Phenylacetylido-Brücken des Zweikernkomplexes [Cp’’’Cr(µ,η1:η2-C≡CPh)]2 konnte mittels Röntgenstrukturanalyse belegt werden. Die Umsetzungen der Bromido-verbrückten Ausgangsverbindungen mit Me- oder Ph-MgX erfolgten unter Bildung entsprechender Zweikernkomplexe mit Alkyl- oder Aryl-Brückenliganden. Beim Einsatz von Et- oder iPr-MgX gelang durch eine β-H-Eliminierung ein Zugang zu einer Hydrido-Spezies des Chroms mit der Form [RCpCr(µ-H)]2 mit RCp = Cp’’’ und 5Cp. Die Vierkernkomplexe [Cp’’’Cr(µ-X)]4 entstanden mit dem linear verbrückenden Cyanid oder mit Tetrahydridoaluminat als Nucleophil. [(Cp’’’Cr)3(µ3-N)4(CrBr)] wurde durch eine Umsetzung mit Azid unter Abspaltung von Distickstoff erhalten. Ein Vertreter der Molybdän-Komplexe mit Acetato-Brücken [Cp’’Mo(µ-OAc)]2 konnte erhalten und anschließend mit Trimethylbromsilan weiter umgesetzt werden. Eine Oxidation der Metallzentren zu Molybdän(III) anstelle eines Austausches der verbrückenden Acetato-Liganden wurde dabei beobachtet. Wolfram-Komplexe der Form [RCpW(CO)3CH3] mit RCp = Cp’’, Cr’’’, 23Cp und 4Cp wurden zunächst ausgehend von W(CO)6 synthetisiert und anschließend mit PCl5 und PBr5 halogeniert. Die isolierten Komplexe [RCpWCl4] und [RCpWBr4] mit RCp = Cp’’, Cr’’’, 23Cp und 4Cp konnten in guten Ausbeuten erhalten werden. Anschließende Reduktionen mit Mangan lieferten Zweikernkomplexe des Wolframs mit verbrückenden Halogenido-Liganden [RCpW(µ-Cl)2]2 und [RCpW(µ-Br)2]2 mit RCp = Cp’’, Cr’’’ und 4Cp. Neben [Cp’’W(CO)2(µ-I)]2 konnte durch Reduktion von [Cp’’W(CO)2I3] auch ein Vertreter der „semibridging“-Komplexe, [Cp’’W(CO)2]2, erhalten werden.

Digitalisierung als ein wesentlicher Treiber von Veränderungen und Wissen als ein wichtiger Wettbewerbs- und Überlebensfaktor stellen Organisationen aller Branchen und Sektoren vor neue Anpassungsbestrebungen, um ihre Existenz zu sichern. Das Gesundheitswesen mit seinem großen Potenzial mithilfe neuer Technologien aus Ideen verwertbare Produkte oder Dienstleistungen entstehen zu lassen (Digital Health Innovationen) steht vor der Herausforderung, nur bedingt an vorhandenes Wissen anknüpfen zu können. Die Gründe hierfür liegen im Digital Health Bereich zum einen in der häufigen Nicht-Patentierbarkeit von Erfindungen und zum anderen in der Gestaltung des Prozesses an sich, um aus einer Idee ein Produkt entstehen zu lassen. Zu komplex ist der Innovationsprozess geworden, in dem universitäre Technologietransferstellen (Technology Transfer Offices (TTOs)) als Schnittstelle zwischen Forschung, Politik und Wirtschaft agieren. Die Masterarbeit beschäftigt sich mit der Frage, welchen Beitrag universitäre Technologietransferstellen zur Umsetzung von Digital Health Innovationen leisten können und wie diese Umsetzung organisationsintern aus Blickwinkel des organisationalen Lernens gestaltet werden kann.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Modifikation duroplastischer, kalthärtender Organomineralharzmatrices für glas- und basaltfaserverstärkte Kunststoffe, welche zukünftig Anwendung in der Kurzliner-Sanierung defekter und korrosiv belasteter Rohrleitungen finden sollen. Bei dem heute zur Anwendung kommenden, so genannten 3P-Harz (Polyisocyanat, Polykieselsäure, Phosphat), dienen organische Phosphorsäureester als Emulgatoren der reaktiven PMDI/WG-Emulsion. Diese unterliegen jedoch der Gefahr, durch die EU-Verordnung REACH (EG-Nr. 1907/2006) restriktiert zu werden. Es wird gezeigt, dass die Substitution der organischen Phosphorsäureester durch epoxidiertes Leinsamenöl (ELO) aus nachwachsenden Rohstoffen ohne Einbußen der Verarbeitbarkeit und der (bruch-)mechanischen Eigenschaften möglich ist. Dadurch bleibt eine REACH-Konformität des Harzsystems gewährleistet. Die weitergehende gezielte Modifikation der in situ mit Polysilikatpartikeln gefüllten Polyharnstoffharze mittels silan-terminierter Polymere (STP) führt außerdem zu Verbesserungen der Bruchzähigkeit durch Matrix/Partikel-Brückenbildungen. Gegenüber dem phosphathaltigen Stand der Technik Harz wird durch die entwickelten 2P-Matrices (Polyisocyanat, Polykieselsäure) eine erhöhte Schadenstoleranz in GFK wie auch in neuartigen BFK nachgewiesen. Ferner wird die Dauerhaftigkeit erhöht und ein unerwünschtes Ausdiffundieren phosphathaltiger, umweltbelastender Emulgatoren wird vermieden. Es werden synergistische Effekte wirksam, welche aufgrund der STP-Modifikation in GFK und neuartigen BFK zu einer verbesserten Faser/Matrix-Haftung und somit einer erhöhten Lebensdauer führen. Der Einsatz von glasähnlichen aber thermisch- und korrosionsbeständigen Basaltfasern, welche in energiearmen Prozessen aus natürlichem Lavagestein gewonnen werden, wird positiv bewertet.

Technische und gesellschaftliche Entwicklungen im Bereich der Digitalisierung und vor allem der künstlichen Systeme werden in der gutachterlichen Stellungnahme dargestellt. Im Mittelpunkt stehen Auswirkungen der digitalen Transformation für Politik und Verwaltung in Rhein-land-Pfalz, verschiedene technische Lösungen, Divergenzen zwischen ländlichem und urbanen Räumen sowie Zukunftsvorstellungen. Bei künstlicher Intelligenz handelt es sich um einen spezifischen Aspekt der Digitalisierung. Beide – Digitalisierung und Künstliche Intelligenz – gehen mit unterschiedlichen Facetten gesellschaftlichen Wandels einher, die in ihrer orts- und regionalspezifischen Einbettung zu untersuchen sind. Dabei ist es unabdingbar, sowohl die gesellschaftlichen als auch die technischen Innovationen aufeinander zu beziehen und diese in ihren Wechselwirkungen als eine sozio-technische Dynamik aufzufassen. Auf Grundlage eines umfassenden Literaturreviews wird ein Überblick über die aktuellen technischen Anwendungen bei der Künstlichen Intelligenz und der Digitalisierung gegeben (Maschinenlernen, Robotics, Deep Learning, Data Mining, Blockchain, etc). In den verschiedenen Siedlungsräumen in Rheinland-Pfalz kommen – teilweise in transdisziplinären Forschungsprojekten – die neuen digitalen Möglichkeiten bereits zum Einsatz, z.B. im Projekt Digitale Dörfer, in der Chemieindustrie oder bei Versuchen für autonomes Fahren. Anwendungsfelder in unterschiedlichen Lebensbereichen werden für die verschiedenen Regionen in Rheinland-Pfalz aufgezeigt. Das Verschmelzen von virtuellem und realem Raum sowie die Normalisierung digitaler Lebensstile führt auch zu wachsenden Erwartungen an die Digitalität von Verwaltung und Politik. Vorteile von KI in der Verwaltung können erleichterte Kontakte zu Bürgern, schnellere interne Kommunikationswege, eine Prozessoptimierung und die Vernetzung der Abteilungen und Ressorts sein. Die Autorinnen und Autoren der TU Kaiserslautern, Fachgebiet Stadtsoziologie, des Deut-schen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz DFKI und des Fraunhofer-Instituts für Experimentelles Software-Engineering IESE erarbeiteten in einem Expertenworkshop verschiedene Szenarien zur Darstellung der zukünftigen Lebenssituationen kommunaler Gemeinschaften unter der An- und Verwendung von Digitalisierungstechnologien und KI im Jahr 2050. Die Chancen und Risiken für die unterschiedlichen Regionen und Lebens-bereiche in Rheinland-Pfalz wurden in zwei extremen Varianten skizziert und einander gegenübergestellt. Während der Dystopie-Zustand eine Zukunft zeichnet, in der die Märkte von wenigen Global-Playern mit enormer Datenhoheit und aggressiven Geschäftsmodellen dominiert wer-den, zeigt der Utopie-Zustand eine von Teilhabe und Mitbestimmung geprägte, digitale Zukunft: Die digitale Transformation wird durch Politik und Gesellschaft gleichermaßen gesteuert, Bürger haben volle Datenhoheit und bestimmen individuell und situationsspezifisch, wann und welche Daten sie veröffentlichen möchten. Neue Möglichkeiten der Arbeitsgestaltung und neue Mobilitätsformen haben zu einer Flexibilisierung und Attraktivitätssteigerung hinsichtlich des Lebens und Arbeitens auf dem Land beigetragen. Ethische Grundprinzipien, gesellschaftliche, wirtschaftliche und politische Anforderungen werden somit mit den technologischen Potenzialen optimal in Einklang gebracht. Wie diese Stellungnahme anhand der entworfenen Utopie und Dystopie illustriert, ist die technische Entwicklung von gesellschaftlicher Steuerung und Regulierung abhängig. Vor diesem Hintergrund erfordert die digitale Transformation Gestaltungswillen, spezifische Kenntnisse und auch Regulierung. Bei Letzterem gilt es, sowohl die Daten als Rohmaterial für KI, die (digitale und KI-) Technologien selbst – ihre Entwicklung und Verwendung – sowie daraus resultierende Informationen bzw. Wissen zu unterscheiden. Die Empfehlung aus dem Gutachten lautet daher, Informationen über Potenziale und Risiken transparent zugänglich und bekannt zu machen, die Bevölkerung aktiv einzubinden und eine strukturierte Förderung zu leisten, um Insellösungen zu überwinden und stattdessen Standards und offene Infrastrukturen zu schaffen. Es besteht die Gefahr, dass sich beim Einführungsprozess nicht-legitimierte, von Spezialisten und der Privatwirtschaft dominierte Strukturen (Meta-Governance) etablieren. Insgesamt gilt beim Prozess der digitalen Transformation, dass Lösungen aus der vor-digitalen Ära nicht einfach auf heutige und zukünftige Probleme angewendet werden können. Ferner ist die Diversität der Situationen vor Ort bei der digitalen Transformation zu berücksichtigen. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund des ländlich geprägten Rhein-land-Pfalz von Bedeutung. Die örtlichen Verwaltungen unterliegen der digitalen Transformation ebenso wie andere Systeme und Lebensbereiche, sie sind in unterschiedlichem Maße in der Lage, die Chancen für lokale und regionale Interessen zu nutzen und ihre Interessen durchzusetzen. Kommunen und Landkreise benötigen Unterstützung, damit sie von anderen, z.B. Leuchtturm-Projekten, lernen und beraten werden können. Ein Gegenstromprinzip von zivilgesellschaftlichen bzw. lokalen Bottom-up-Prozessen und Top-down- Unterstützung durch das Land erscheint zielführend (z.B. im Tourismus). Bei der Bevölkerung sind bezogen auf KI und Digitalisierung aktuell gegensätzliche Tendenzen zu verzeichnen: Einerseits nehmen die Erwartungen an eine digitalisierte und moderne Verwaltung zu. Andererseits stoßen insbesondere als komplexer wahrgenommene Aspekte wie KI auf Vorbehalte. Bei einem verantwortungsvollen Umgang kann KI ihr Potenzial entfalten, indem die Algorithmen und eingeführte Technologien hinsichtlich der Gesetzeslage sowie ethischer und moralischer Überlegungen überwacht und gesteuert wer-den. Ein verantwortungsvoller Umgang mit Daten basiert auf aufgeklärten Entscheidern, informierten Bürgern und der Unterstützung von „bürgerschützenden Regeln”, die Miss-brauch grundsätzlich erschweren und Verstöße ahnden. Langfristige Aussagen über die konkrete Entwicklung und Auswirkung von KI und Digitalisierung lassen sich nicht treffen aufgrund der Geschwindigkeit und Sprunghaftigkeit der Entwicklungen. In Bildung und Wissenschaft sollten im Bereich von KI die Interdisziplinarität gestärkt, nachhaltige und langfristige Strukturen geschaffen werden, um die digitale Transformation begleitend und aktivierend zu erforschen.

In computer graphics, realistic rendering of virtual scenes is a computationally complex problem. State-of-the-art rendering technology must become more scalable to meet the performance requirements for demanding real-time applications. This dissertation is concerned with core algorithms for rendering, focusing on the ray tracing method in particular, to support and saturate recent massively parallel computer systems, i.e., to distribute the complex computations very efficiently among a large number of processing elements. More specifically, the three targeted main contributions are: 1. Collaboration framework for large-scale distributed memory computers The purpose of the collaboration framework is to enable scalable rendering in real-time on a distributed memory computer. As an infrastructure layer it manages the explicit communication within a network of distributed memory nodes transparently for the rendering application. The research is focused on designing a communication protocol resilient against delays and negligible in overhead, relying exclusively on one-sided and asynchronous data transfers. The hypothesis is that a loosely coupled system like this is able to scale linearly with the number of nodes, which is tested by directly measuring all possible communication-induced delays as well as the overall rendering throughput. 2. Ray tracing algorithms designed for vector processing Vector processors are to be efficiently utilized for improved ray tracing performance. This requires the basic, scalar traversal algorithm to be reformulated in order to expose a high degree of fine-grained data parallelism. Two approaches are investigated: traversing multiple rays simultaneously, and performing multiple traversal steps at once. Efficiently establishing coherence in a group of rays as well as avoiding sorting of the nodes in a multi-traversal step are the defining research goals. 3. Multi-threaded schedule and memory management for the ray tracing acceleration structure Construction times of high-quality acceleration structures are to be reduced by improvements to multi-threaded scalability and utilization of vector processors. Research is directed at eliminating the following scalability bottlenecks: dynamic memory growth caused by the primitive splits required for high- quality structures, and top-level hierarchy construction where simple task par- allelism is not readily available. Additional research addresses how to expose scatter/gather-free data-parallelism for efficient vector processing. Together, these contributions form a scalable, high-performance basis for real-time, ray tracing-based rendering, and a prototype path tracing application implemented on top of this basis serves as a demonstration. The key insight driving this dissertation is that the computational power necessary for realistic light transport for real-time rendering applications demands massively parallel computers, which in turn require highly scalable algorithms. Therefore this dissertation provides important research along the path towards virtual reality.

Die Deutschen Auslandsschulen (DAS) stellen bisher ein Desiderat in der Forschung dar. Diese Arbeit knüpft an dieser Stelle an und entwickelt Thesen sowie Hypothesen darüber, welche Rolle die die Personalfluktuation an DAS für deren Schulentwicklung spielt. Hierfür wurden Leitfadeninterviews mit Schulleitern an DAS geführt und qualitativ ausgewertet. Die Interviewtranskripte wurden entfernt, um die Anonymität der Interviewten zu garantieren.