Impaired genome integrity has severe consequences for the viability of any cell. Unrepaired DNA lesions can lead to genomically unstable cells, which will often become predisposed for malignant growth and tumorigenesis, where genomic instability turns into a driving factor through the selection of more aggressive clones. Aneuploidy and polyploidy are both poorly tolerated in somatic cells, but frequently observed hallmarks of cancer. Keeping the genome intact requires the concentrated action of cellular metabolism, cell cycle and DNA damage response. This study presents multi-omics analysis as a versatile tool to understand the various causes and consequences of impaired genome integrity. The possible computational approaches are demonstrated on three different datasets. First, an analysis of a collection of DNA repair experiments is shown, which features the creation of a high-fidelity dataset for the identification and characterization of DNA damage factors. Additionally, a web-application is presented that allows scientists without a computational background to interrogate this dataset. Further, the consequences of chromosome loss in human cells are analyzed by an integrated analysis of TMT labeled mass spectrometry and sequencing data. This analysis revealed heterogeneous cellular responses to chromosome losses that differ from chromosome gains. My analysis further revealed that cells possess both transcriptional and post-transcriptional mechanisms that compensate for the loss of genes encoded on a monosomic chromosome to alleviate the detrimental consequences of reduced gene expression. In my final project, I present a multi-omics analysis of data obtained from SILAC labeled mass spectrometry and dynamic transcriptome analysis of yeast cells of different ploidy, from haploidy to tetraploid. This analysis revealed that unlike cell volume, the proteome of a cell does not scale linearly with increasing ploidy. While the expression of most proteins followed this scaling, several proteins showed ploidy-dependent regulation that could not be explained by transcriptome expression. Hence, this ploidy-dependent regulation occurs mostly on a post-transcriptional level. The analysis uncovered that ribosomal and translation related proteins are downregulated with increasing ploidy, emphasizing a remodeling of the cellular proteome in response to increasing ploidy to ensure survival of cells after whole genome doubling. Altogether this study intends to show how state-of-the-art multi-omics analysis can uncover cellular responses to impaired genome integrity in a highly diverse field of research.

Gegenstand der Forschungsfrage ist, wie Wasserprogramme gemanagt werden, um zu einer nachhaltigen Entwicklung sowie zur Umsetzung des Sustainable Development Goal 6 und anderen zentralen SDGs der Agenda 2030 beitragen zu können, die als Fortschreibung der Millennium Development Goals eine wirksamere internationale Nachhaltigkeitspolitik sicherstellen sollen. Seit der Agenda 2030 versehen Durchführungsorganisationen der Entwicklungszusammenarbeit ihre Vorhaben mit dem Prädikat „nachhaltig“. Hier stellt sich die Frage, ob die Nachhaltigkeit nur auf dem Papier existiert oder ob sich tatsächlich nachhaltigere Ansätze erkennen lassen. Im Rahmen der deutschen Entwicklungszusammenarbeit implementiert die Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit in Sambia das Vorhaben "Wasser klimasensibel bewirtschaften", in dessen Rahmen nachhaltige Maßnahmen ergriffen werden, Menschen zu befähigen, mit den veränderten klimatischen Bedingungen zurechtzukommen. Darunter fallen unter anderem Sensibilisierungsmaßnahmen für Landwirte, die dazu dienen, die Ressource Wasser effektiv zu nutzen, oder technische Eingriffe, die den Zweck verfolgen, Niederschläge aus Starkregenereignissen abzufangen bzw. deren Zerstörungspotenzial zu lindern. Obwohl Sambia eines der wasserreichsten Länder Afrikas ist, haben dort nicht alle Menschen Zugang zu Wasser. Auch in der Landwirtschaft sind Engpässe zu verzeichnen. Diese Problematik wird zusätzlich durch den Klimawandel verstärkt. Es kam in den letzten Jahren zunehmend einerseits zu Ausfällen ganzer Regenzeiten, aber andererseits auch zu extremen Niederschlagsereignissen jenseits gewohnter Regen- und Trockenzeiten. Für Landwirte, die ihre Produktion auf die saisonalen Witterungsverhältnisse abgestimmt haben, sind diese unberechenbaren klimatischen Veränderungen existenzbedrohend. Trotz des Wasserreichtums kommt es dann entweder zu Engpässen bei der Bewässerung der Felder oder zur Zerstörung von Ernteerträgen durch Extremwetter. Das von dem in Sambia lebenden Verfasser gewählte Fallbeispiel, dessen Analyse der Klärung der oben angeführten Forschungsfrage dienen soll, ist das GIZ-Projekt „Nachhaltige Bewirtschaftung von Wasserressourcen und landwirtschaftlicher Wassernutzung in Sambia“. Im Rahmen dieses Fallbeispiels wird kontrovers diskutiert, ob und inwiefern sich das heutige Nachhaltigkeitskonzept von bisherigen Maßnahmen unterscheidet, die zu Zeiten der MDGs noch nicht explizit nachhaltig geprägt waren. Der Verfasser wird sich kritisch mit der Frage auseinandersetzen, ob die in der Fallstudie gewählte Maßnahme "Wasser klimasensibel bewirtschaften" geeignet ist, langfristig nachhaltige Wirkung zu erzielen. Anhand des Fallbeispiels sollen theoretische Ansätze der Nachhaltigkeit empirisch untersucht werden.

In the field of measurement technology, the use of unmanned aerial vehicles is becoming more and more popular. For many measurement tasks, the use of such devices offers many advantages in terms of cost and measurement effort. However, the occurring vibrations and disturbances are a significant disadvantage for the application of these devices for several measurement tasks. Within the scope of this work, a platform for measurement devices is developed. The platform is designed specifically for use on drones. The task of the platform is to isolate measurement equipments mounted on it from the drone disturbances. For this purpose we go through the product development process according to VDI 2221 to design a mechanical model of the platform. Then, control strategies are applied to isolate the platform. Since the disturbances acting on a drone are not always stationary, two control strategies known for their ability to handle uncertain systems are used. One of them comes from the field of acoustic.

Der Bericht umfasst sechs Beiträge von Studierende der Karl-Franzenz-Universität Graz, die sich im Wintersemester 2021/2021 mit Fragen der Digitalisierung der Erwachsenenbildung in Österreich auseinandergesetzt haben. In diesem Rahmen wurden die Themenfelder Lernen und Lehren mit digitalen Medien, die medienpädagogische Professionalisierung von Erwachsenenbilnder:innen, die Digitalisierung der Anbieter sowie die Digitalisierung als Inhalt in den Angeboten und der (Weiter- )Bildungspolitik beleuchtet. Dabei wurde zum einen vorliegende Forschungsarbeiten ausgewertet, also auch ergänzende Recherchen auf durchgeführt, um die Datengrundlage zu verbessern. Allgemein wurde deutlich, dass die Forschungslage noch keine befriedigenden Rückschlüsse auf den Digitalisierungsprozess und dessen Wirkungen auf die Erwachsenenbildung/Weiterbildung in Österreich zulassen. Insofern stellt die hier vorliegende Zusammenstellen ein wichtigen Beitrag dar, die vorliegenden Desiderata zu identifizieren.

Biertreber stellt einen wichtigen Vertreter eines nachwachsenden Rohstoffes dar, da es sich dabei um ein niedrigpreisiges Nebenprodukt des Brauprozesses handelt, welches jedes Jahr in großen Mengen anfällt. In der vorliegenden Arbeit wurde Biertreber aus sieben verschiedenen Braurezepten, sowohl aus eigener Herstellung als auch industriellen Ursprungs, analysiert und in Bezug auf die zugrundeliegenden Braugänge klassifiziert. Darüber hinaus wurde der Treber durch Pressen in zwei separate Stoffströme aufgeteilt: eine flüssige und eine feste Fraktion. Für beide Fraktionen wurden Bioprozesse etabliert, um einerseits das flüssige Substrat (Treberpresssaft) mit einem Milchsäurebakterium (Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis) zu Milchsäure und andererseits das feste Substrat (Treberrückstand) mit einem lignocellulolytischen und gemischtsäuregärung-betreibenden Stamm (Cellulomonas uda) zu Ethanol und Essigsäure umzusetzen. Außerdem wurde ein kinetisches Modell aufgestellt, welches u.a. die Milchsäurebildung und das Zellwachstum von L. delbrueckii subsp. lactis für drei Treberpresssäfte unterschiedlicher Braurezepturen, d.h. mit unterschiedlicher Nährstoffausstattung, in einer simultanen Verzuckerung und Fermentation vorhersagen konnte. Des Weiteren konnten die entwickelten Fermentationsstrategien zur Verwertung des Treberpresssaftes und Treberrückstandes sowie die zugrundeliegenden Prozessüberwachungs- und Regelungsstrategien auf Fermentationen mit den gleichen Organismen aber dem Substrat Wiesenschnitt – also einen weiteren nachwachsenden Rohstoff – übertragen werden.

Die Entwicklung der Lehrkompetenz von in der wissenschaftlichen Weiterbildung im Gesundheitsbereich Lehrenden und die Begleitung dieses Lernprozesses stellen Herausforderungen dar, die auf eine zunehmende Professionalität der Lehrenden und die Verbesserung der Qualität der Hochschullehre zielen. Basierend auf lerntheoretischen Ansätzen zum Thema Lebenslanges Lernen stellen sich die Fragen: Können aktuelle Erkenntnisse aus den Neurowissenschaften didaktisch und methodisch bei Lehrenden in der wissenschaftlichen Weiterbildung im Gesundheitsbereich einen Prozess der Lehrkompetenzentwicklung initiieren und flankieren? Welche Impulse können die Lehrtätigen aus der Verknüpfung von neurowissenschaftlichen Forschungsergebnissen mit lerntheoretischen Erkenntnissen für die Förderung der Motivation und für die Lernbegleitung der Studierenden gewinnen? Für das fachspezifisch an die naturwissenschaftlichen beziehungsweise medizinischen Vorkenntnisse der Lehrenden im Gesundheitsbereich anknüpfende Modell der Lehrkompetenzentwicklung erfolgt eine Einbettung in einen konzeptionellen Rahmen, der die verschiedenen Handlungsebenen an der Hochschule mit einbezieht.

Das Allgemeine Gleichbehandlungsgesetz hat durch seine gesetzlich verankerten Regelungen bedeutsame Auswirkungen auf die Personalbeschaffung und birgt deshalb für Unternehmen gewisse Risiken im Rahmen des Prozesses rund um das Thema Stellenausschreibungen. Die Mastarbeit gibt neben Beispielen zu diskriminierenden Stellenanzeigen, einen Einblick in mögliche Rechtsfolgen für Unternehmen im Zusammenhang mit diskriminierenden Stellenanzeigen, sowie Handlungsempfehlungen zur Umsetzung von diskriminierungsfreien Stellenanzeigen.

Due to the steadily increasing number of decentralized generation units, the upcoming smart meter rollout and the expected electrification of the transport sector (e-mobility), grid planning and grid operation at low-voltage (LV) level are facing major challenges. Therefore, many studies, research and demonstration projects on the above topics have been carried out in recent years, and the results and the methods developed have been published. However, the published methods usually cannot be replicated or validated, since the majority of the examination models or the scenarios used are incomprehensible to third parties. There is a lack of uniform grid models that map the German LV grids and can be used for comparative investigations, which are similar to the example of the North American distribution grid models of the IEEE. In contrast to the transmission grid, whose structure is known with high accuracy, suitable grid models for LV grids are difficult to map because of the high number of LV grids and distribution system operators. Furthermore, a detailed description of real LV grids is usually not available in scientific publications for data privacy reasons. For investigations within a research project, the most characteristic synthetic LV grid models have been created, which are based on common settlement structures and usual grid planning principles in Germany. In this work, these LV grid models, and their development are explained in detail. For the first time, comprehensible LV grid models for the middle European area are available to the public, which can be used as a benchmark for further scientific research and method developments. This document is an English version of the paper which was originally written in German1. In addition, this paper discusses a few more aspects especially on the planning process of distribution grids in Germany.

Recommender systems recommend items (e.g., movies, products, books) to users. In this thesis, we proposed two comprehensive and cluster-induced recommendation-based methods: Orthogonal Inductive Matrix Completion (OMIC) and Burst-induced Multi-armed Bandit (BMAB). Given the presence of side information, the first method is categorized as context-aware. OMIC is the first matrix completion method to approach the problem of incorporating biases, side information terms and a pure low-rank term into a single flexible framework with a well-principled optimization procedure. The second method, BMAB, is context-free. That is, it does not require any side data about users or items. Unlike previous context-free multi-armed bandit approaches, our method considers the temporal dynamics of human communication on the web and treats the problem in a continuous time setting. We built our models' assumptions under solid theoretical foundations. For OMIC, we provided theoretical guarantees in the form of generalization bounds by considering the distribution-free case: no assumptions about the sampling distribution are made. Additionally, we conducted a theoretical analysis of community side information when the sampling distribution is known and an adjusted nuclear norm regularization is applied. We showed that our method requires just a few entries to accurately recover the ratings matrix if the structure of the ground truth closely matches the cluster side information. For BMAB, we provided regret guarantees under mild conditions that demonstrate how the system's stability affects the expected reward. Furthermore, we conducted extensive experiments to validate our proposed methodologies. In a controlled environment, we implemented synthetic data generation techniques capable of replicating the domains for which OMIC and BMAB were designed. As a result, we were able to analyze our algorithms' performance across a broad spectrum of ground truth regimes. Finally, we replicated a real-world scenario by utilizing well-established recommender datasets. After comparing our approaches to several baselines, we observe that they achieved state-of-the-art results in terms of accuracy. Apart from being highly accurate, these methods improve interpretability by describing and quantifying features of the datasets they characterize.

Einkünfte, die mit Bitcoins erzielt werden, werden unter die steuerlich relevanten Einkunftsarten subsumiert. Dabei wird zunächst auf die technischen Besonderheiten von Bitcoins und der damit einhergehenden Einkünfteerzielung eingegangen. Außerdem werden Bitcoins geschichtlich und rechtlich eingeordnet. Anschließend wird die Frage geklärt, ob Bitcoins überhaupt ein steuerlich relevantes Wirtschaftsgut darstellen können, unter welchen Umständen sie in Deutschland Ertragsteuerpflichten auslösen und wie sie im Betriebs- und Privatvermögen steuerlich zu behandeln sind. In einem letzten Schritt wird geprüft, ob eine Besteuerung von mit Bitcoins erzielten Einkünften in Deutschland verfassungsgemäß ist.

Acrylamid ist eine α,β-ungesättigte Carbonylverbindung, die beim Erhitzen von Lebensmitteln durch die Maillard-Reaktion aus Aminosäuren wie Asparagin und reduzierenden Zuckern gebildet wird. Da für diese prozessbedingte Lebensmittelkontaminante neuro- und gentoxische Effekte beschrieben sind und die mittlere alimentäre Exposition in Europa auf 0,4–1,9 μg/kg KG/d geschätzt wurde, ist Acrylamid von Bedeutung für die Risikobewertung von Lebensmitteln. Acrylamid und sein gentoxischer Metabolit Glycidamid werden zu den Mercaptursäuren N-Acetyl-S-(2-carbamoylethyl)-L-cystein (AAMA) bzw. N-Acetyl-S-(2-hydroxy-2-carbamoylethyl)-L-cystein (GAMA) metabolisiert, die als renale Biomarker zur Abschätzung der internen Exposition Verwendung finden. Frühere Befunde deuteten bereits auf eine potentielle endogene Bildung hin, die einer Acrylamid-Exposition von 0,2–0,7 µg/kg KG entsprach und somit nennenswert zur Biomarker-Ausscheidung beitragen kann, die exogen durch Acrylamid-Aufnahme durch Lebensmittel, Tabakrauch oder Exposition am Arbeitsplatz beeinflusst werden kann. Um diese verschiedenen Einflussfaktoren weiter zu untersuchen, wurden zwei Humanstudien durchgeführt. Im Rahmen einer Duplikat-Studie unter streng kontrollierten Bedingungen wurde die Toxikokinetik der Mercaptursäuren und Hämoglobin-Addukte nach Acrylamid-Aufnahme durch den Verzehr von Kaffee (0,15–0,17 µg/kg KG/d) bzw. hitzebehandelten Lebensmitteln (14,1–15,9 μg/kg KG/d) in sechs Probanden untersucht. Während der Kaffeekonsum nur zu einer leicht erhöhten Mercaptursäure-Antwort führte, konnte die renale Ausscheidungskinetik nach Aufnahme von 14,1–15,9 μg/kg KG/d Acrylamid erfasst werden. Weitere sechs Probanden erhielten eine Acrylamid-minimierte Diät, die eine Acrylamid-Aufnahme von 0,05–0,06 µg/kg KG/d nicht überschritt (Washout), und zusätzlich einen einmaligen Bolus von 1 μg/kg KG 13C3D3-Acrylamid. Am Ende des 13-tägigen Washout wurde ein AAMA-Level erfasst, das einer Hintergrundbelastung von 0,3–0,4 µg/kg KG/d entsprach, während die Ausscheidung von 13C3D3-Acrylamid als 13C3D3-AAMA innerhalb von 72–96 h praktisch abgeschlossen war, welches die Hypothese einer anhaltenden endogenen Acrylamid-Bildung in vivo unterstützt. Dies wurde durch Modell-Reaktionen untermauert, die eine Acrylamid-Bildung unter physiologischen Bedingungen zeigten. Eine zweite Duplikat-Studie mit Gemischtköstlern und Veganern befasste sich mit dem Einfluss der Ernährung und Lebensstils auf die Acrylamid-Exposition und Ausscheidung von AAMA, GAMA sowie Tabakrauch-Expositionsbiomarkern. Die mittlere Acrylamid-Aufnahme betrug 0,32±0,19 µg/kg KG/d, es zeigten sich jedoch deutliche Variabilitäten zwischen den Tagen und den Probanden. So nahmen Veganer mehr Acrylamid auf (0,38±0,23 µg/kg KG/d) als Gemischtköstler (0,26±0,10 µg/kg KG/d). Die Ausscheidungskinetik von AAMA und GAMA im Urin stimmte im Wesentlichen mit der jeweiligen alimentären Acrylamid-Aufnahme überein. Erhöhte Werte konnten auf eine umwelt-bezogene Belastung mit Tabakrauch zurückgeführt werden.

Um die Emissionsziele des Übereinkommens von Paris zu erreichen, muss die Weiterentwicklung von Gasturbinen und deren Komponenten im Mittelpunkt der aktuellen Energieforschung stehen. Ein nach wie vor hohes Optimierungspotential bietet hierbei die sich der Brennkammer anschließende Hochdruckturbine und hierin die Verbesserung der Kühlmethoden, da diese einen signifikanten Beitrag zum Gesamtwirkungsgrad der Gasturbine beitragen. Diese Dissertation nimmt sich dem Teilgebiet der Filmkühlungstechnologie an und untersucht die Anwendbarkeit eines konstruktiv bedingt vorhandenen Leckagespalts zur aktiven Kühlung der Seitenwand in der ersten Turbinenleitschaufelreihe. Die experimentell durchgeführte Studie analysiert in Form einer Parametervariation verschiedene Leckagespaltkühlungskonfigurationen, um einerseits die Einflüsse der Parameter zu identifizieren und andererseits die Konfigurationen auch hinsichtlich der Filmkühlwirkung zu bewerten. Hier kommen neben der Pressure Sensitive Paint Messtechnik zur Bestimmung der Filmkühleffektivität auch Ölanstrichbilder der Seitenwand sowie Fünflochsondenmessungen am Schaufelaustritt zum Einsatz. Dadurch werden zusätzlich die Auswirkungen auf die Aerodynamik beurteilt. Alle Messkampagnen wurden dabei für zwei, sich im Auslegungsprinzip markant unterscheidende Leitschaufelprofildesigns durchgeführt, um in einem weiterführenden Schritt eine Übertragbarkeit der Erkenntnisse oder gar korrelative Zusammenhänge für die untersuchten Leckagespaltparameter aufzuzeigen. Die Ergebnisse dieser umfassenden, komparativen Parameteranalyse decken auf, dass zwar einige Spaltkonfigurationen in Ansätzen konsistente Ergebnistendenzen aufweisen, jedoch nicht ohne weiteres übertragbar sind oder eine Allgemeingültigkeit erkennen lassen. Im Endresultat wird dadurch deutlich, dass die robuste Auslegung solcher Kühlkonzepte zum einen spezifisch und zum anderen auch unter Berücksichtigung der verbundenen Komponenten erfolgen sollte.

Reinforcing sand soils using tyre rubber chips is a novel technology that is under investigation to optimize its engineering application. Previous studies concentrated on static behaviour and very few on cyclic and dynamic behaviour of sand rubber mixtures leaving gaps that need to be addressed. This research focuses on evaluating the static, cyclic and dynamic behaviours of sand rubber mixtures. The basic properties of sands S2, S3, S4, rubber chips and sand rubber chips mixtures at 10/20/30% rubber chips content by dry mass were first evaluated in order to obtain the parameters essential for subsequent testing. Oedometer, direct shear with larger box 300x300 mm and static triaxial compression tests were performed to assess the static behaviour of the composite material. Further, dynamic cyclic triaxial tests were performed to evaluate the cyclic behaviour of saturated, dry and wet mixtures. All specimens were first isotropically consolidated at 100 kPa. For saturated material a static deviatoric stress of 45 kPa was imposed prior to cycling to simulate the field anisotropic consolidation condition. Cycling was applied stress-controlled with amplitude of 50kPa. Both undrained and drained tests were performed. Cyclic tests in dry or wet conditions were also performed under anisotropic consolidation condition with the application of different stress amplitudes. For all cyclic tests the loading frequency was 1 Hz. With regard to dynamic behaviour of the mixtures, the resonant column tests were conducted. Calibration was first performed yielding a frequency dependent drive head inertia. Wet mixture specimens were prepared at relative density of 50% and tested at various confining stresses. Note that all specimens tested in both triaxial and resonant column were 100 mm diameter. The results from the entire investigation are promising. In summary, rubber chips in the range of 4 to 14 mm mixed with sands were found to increase the shear resistance of the mixtures. They yield an increase of the cyclic resistance under saturated condition, to a decrease of stiffness and to an increase of damping ratio. Increased confining stress increased the shear modulus reduction and decreased damping ratio of the mixtures. Increased rubber content increased both shear modulus reduction and damping ratio. Several new design equations were proposed that can be used to compute the compression deformation, pore pressure ratio, maximum shear modulus and minimum damping ratio, as well as the modulus reduction with shear strain. Finally, chips content around 20% to 30% by dry mass can be used to reinforce sandy soils. The use of this novel composite material in civil engineering application could consume a large volume of scrap tyres and at the same time contribute to cleaning environment and saving natural resources.

Understanding the mechanisms and controlling the possibilities of surface nanostructuring is of crucial interest for both fundamental science and application perspectives. Here, we report a direct experimental observation of laser-induced periodic surface structures (LIPSS) formed near a predesigned gold step edge following single-pulse femtosecond laser irradiation. Simulation results based on a hybrid atomistic-continuum model fully support the experimental observations. We experimentally detect nanosized surface features with a periodicity of ∼300 nm and heights of a few tens of nanometers.We identify two key components of single-pulse LIPSS formation: excitation of surface plasmon polaritons and material reorganization. Our results lay a solid foundation toward simple and efficient usage of light for innovative material processing technologies.

The hazard and operability (HAZOP) method is widely used in chemical and process industries to identify and evaluate hazards. Due to its human-centered nature, it is time-consuming, and the results depend on the team composition. In addition, the factors time pressure, type of implementation, experience of the participants, and participant involvement affect the results. This research aims to digitize the HAZOP method. The investigation shows that knowledge-based systems with ontologies for knowledge representation are suitable to achieve the objective. Complex interdisciplinary knowledge regarding facility, process, substance, and site information must be represented to perform the task. A result of this work is a plant part taxonomy and a developed object-oriented equipment entity library. During ontology development, typical HAZOP scenarios, as well as their structure, components, and underlying causal model, were investigated. Based on these observations, semantic relationships between the scenario components were identified. The likelihood of causes and severity of consequences were determined as part of an automatic risk assessment using a risk matrix to determine safeguards reliably. An inference algorithm based on semantic reasoners and case-based reasoning was developed to exploit the ontology and evaluate the input data object containing the plant representation. With consideration given to topology, aspects like the propagation of sub-scenarios through plant parts were considered. The results of the developed knowledge-based system were automatically generated HAZOP worksheets. Evaluation of the achieved results was based on representative case studies in which the relevance, comprehensibility, and completeness of the automatically identified scenarios were considered. The achieved results were compared with conventionally prepared HAZOP tables for benchmark purposes. By paying particular attention to the causal relationships between scenario components, the risk assessment, and with consideration of safeguards, the quality of the automatically generated results was comparable to conventional HAZOP worksheets. This research shows that formal ontologies are suitable for representing complex interdisciplinary knowledge in the field of process and plant safety. The results contribute to the use of knowledge-based systems for digitizing the HAZOP method. When used correctly, knowledge-based systems can help decrease the preparation time and repetitious nature of HAZOP studies and standardize results.

Die Anbieter von Produkt-Service Systemen (PSS) im Investitionsgüterbereich unterliegen zunehmend dem Einfluss einer VUKA-Welt. Neue Technologien und Geschäftsmodelle, sich schnell ändernde Kundenbedürfnisse und der Einbezug vieler interner und externer Akteure resultieren in Komplexität, Unsicherheiten und kurzfristigen Änderungen, auf welche die PSS-Anbieter reagieren müssen, um frühzeitig entsprechende Lösungen anbieten zu können. Die PSS-Planung befasst sich mit der Identifikation und Spezifikation neuer PSS-Ideen. Die meisten Vorgehen zur PSS-Planung fokussieren auf die Planung von Sachprodukten, Serviceprodukten, unterstützender Infrastruktur und Netzwerke von Akteuren und binden den Kunden in die Planung ein. Durch die genannten Einflüsse der VUKA-Welt auf die Planung von PSS, muss diese an sich schnell ändernde Gegebenheiten angepasst werden. Agile Methoden der Softwareentwicklung bieten hierfür Potenziale. Insbesondere die Agile Methode Design Thinking, die den Kunden innerhalb eines kurzzyklischen Vorgehens in den Mittelpunkt der Entwicklungstätigkeiten stellt und auf die Entwicklung von Prototypen zur schnellen Realisierung von Lösungen setzt, bietet sich für den Einsatz in der PSS-Planung an. Die Arbeit befasst sich mit der Frage, wie Design Thinking in die PSS-Planung integriert werden kann, um zukünftig auf Änderungen adäquat reagieren zu können und gleichzeitig die Vorteile bestehender Ansätze, wie z. B. Kundenorientierung, nicht zu vernachlässigen. Dabei wird mit Hilfe eines Modellierungsansatzes eine Methode entwickelt, welches mit Rollen, Aktivitäten, Techniken und Ergebnissen den Einsatz von Design Thinking für die agile Planung von PSS ermöglicht, den Kunden an unterschiedlichen Stellen mit einbindet und Rücksprünge bei Änderungen erlaubt. Hervorzuheben ist, dass die Methode sowohl technologiegetrieben als auch marktgetrieben initiiert werden kann. Validiert wurde die Methode innerhalb eines Verbundprojekts bei der GRIMME Landmaschinenfabrik GmbH & Co. KG.

Der Terminus der „Geringqualifizierten“ ist eine ebenso verbreitete wie eingeschränkte Beschreibung einer heterogenen Zielgruppe, welche vor dem Hintergrund steigender arbeitsmarktbezogener Kompetenzanforderungen sowie des Zusammenhangs zwischen formalem Bildungsstatus und Risiken der Erwerbslosigkeit im Zentrum arbeitsmarktpolitischer Diskussionen steht. Geringqualifizierung drückt sich nicht nur im Fehlen formaler, berufsqualifizierender Abschlüsse aus, sondern besitzt angesichts sich dynamisch verändernder Arbeitsfelder und Anforderungen an die Qualifikation der Mitarbeitenden auch eine relative Dimension. So können vorhandene Kompetenzen aufgrund fehlender Aktualisierung veralten und damit als „zu gering“ eingestuft werden. Vor diesem Hintergrund nähert sich der Bericht der Personengruppe der Geringqualifizierten an, indem er bestehende Definitionen kritisch betrachtet, Verbindungen zu anderen Begriffen aufzeigt und aus den Erkenntnissen eine eigene relative Beschreibung ableitet. Ergänzt wird dieser Report durch die Betrachtung von Weiterbildungsangeboten für diese Zielgruppe.

In dieser Arbeit wurden photoaktive Übergangsmetallkomplexe mit häufig vorkommenden Metallen wie Chrom, Vanadium und Kupfer untersucht. Hierbei wurden ausgewählte Exemplare mit besonders interessanten photophysikalischen und photochemischen Eigenschaften in Bezug auf praktische Anwendungen spektroskopisch charakterisiert. Über statische und insbesondere zeitaufgelöste FTIR- und Lumineszenzspektroskopie wurde ein tieferes Verständnis der Dynamik nach Lichtanregung erzielt. Das Hauptziel dieser Forschung besteht darin seltene und teure Elemente wie Ruthenium und Iridium gegen häufigere Metalle zu ersetzen. In diesem Zusammenhang wurden mononukleare, oktaedrische Chrom(III)- und Vanadium(III)-Komplexe mit Polypyridylliganden, die im Arbeitskreis von Prof. Dr. Katja Heinze synthetisiert wurden, spektroskopisch charakterisiert. Diese Systeme zeigen vielversprechende Lumineszenzeigenschaften mit einer roten bzw. nahinfraroten Phosphoreszenz, wobei bei tiefen Temperaturen besonders hohe Quantenausbeuten und längere Lebensdauern beobachtet werden konnten. Außerdem wurden einkernige Chrom(0)-, Molybdän(0)- und Wolfram(0)-Komplexe spektroskopisch charakterisiert, die allesamt im Arbeitskreis von Prof. Dr. Biprajit Sarkar synthetisiert wurden. Es sind mononukleare Komplexe mit Pyridyl-Carben-Liganden und Carbonyl-Coliganden mit einer dualen Phosphoreszenz (Emissionsbande im roten und nahinfraroten Bereich), wobei sich die niederenergetische Bande interessanterweise bis 1300 nm erstreckt. Außerdem zeigen die drei Komplexe bei intensiver Bestrahlung mit sichtbarem oder UV-Licht in organischer Lösung eine photochemische Reaktivität. Als weitere vielversprechende Luminophore (sichtbare Emission) wurden Kupfer(I)-Komplexe analysiert, die für organische Leuchtdioden relevant sind. Einerseits wurden zweikernige Systeme mit einer zentralen Cu2I2-Einheit untersucht, die sich durch eine Fluorierung an den Phosphin-Hilfsliganden von den Derivaten aus Vorarbeiten unterscheiden. Die Systeme wurden im Arbeitskreis von Prof. Dr. Stefan Bräse zur Verbesserung der Löslichkeit im Vergleich zu unfluorierten Derivaten entwickelt. Die spektroskopischen Befunde dieser Arbeit zeigen, dass insbesondere die Einführung von Trifluormethylgruppen nicht nur die Löslichkeit, sondern auch die Stabilität verbessert. Andererseits wurden vierkernige Komplexe mit näherungsweise oktaedrischen Cu4X4-Clustern (X = I, Br, Cl) charakterisiert, wobei sich teilweise eine stark thermochrome Lumineszenz mit zwei klar separierten roten bzw. blauen Phosphoreszenzbanden ergab. Der Ursprung dieser Thermochromie konnte erstmalig auf experimentellem Weg den starken strukturellen Veränderung innerhalb des Cu4X4-Clusters zugeordnet werden. Außerdem sind Kupfer(I)-Komplexe vielversprechende Kandidaten zur Verwendung als Photosensibilisatoren. Bei einem vom Arbeitskreis von Dr. Michael Karnahl zu Verfügung gestellten Kupfer(I)-Einkerner mit einem Liganden mit ausgedehntem 𝜋-System ergab sich ein langlebiger, nicht-strahlender Triplett-Zustand. In einem verwandten Projekt wurden ein- und zweikernige Kupfer(I)-Komplexe untersucht, die im Arbeitskreis von Dr. Claudia Bizzarri synthetisiert wurden. Der Fokus lag hierbei auf dem Einfluss einer Dimerisierung (kovalente Verbindung zweier mononuklearer Komplexe) oder einer Protonierung eines Liganden auf die photophysikalischen Eigenschaften.

Schnelllebige Umfeld-Dynamiken wie VUCA, neue Arbeitswelten und digitale Arbeit fordern spätestens seit Beginn der weltweiten COVID 19-Krise im Jahre 2020 adaptive Veränderungen und umfangreichen Wandel von und in Organisationen. Aktuell zeigen die Veränderungsansätze und Methoden beratender Personen der Organisationsentwicklung oft auf, was alles zur Zielerreichung in den Fokus gestellt werden soll. Das heißt, es ist bekannt welche nach vorwärts gerichteten Veränderungen mit welchen Maßnahmen auf welchen Ebenen benötigt werden, ergänzt um welches Wissen und mit welchen Lernprozessen, das zur und bei Erreichung des Zieles aller Beteiligten als veränderte Kompetenzen und eingenommene Haltungen erforderlich ist. Erst wenn alles erfüllt ist, ist die Organisation am gewünschten Ziel angekommen. Es wird für und während dem Wandel viel Neues gelernt werden müssen. Einerseits wirken die bisherigen Haltungen, Verhalten, Denkweisen, Deutungsmuster, Routinen, Gewohnheiten, Wissensbestände nach wie vor bei den Beteiligten in den Wandelprozess ein, so auch in die Zeit nach der Zielerreichung. Die alte Welt schwingt noch mit und zeigt sich womöglich in unterschiedlichen Ausprägungen als Stolpersteine, vielleicht als Widerstände, als Wandlungsunflexibilität oder deutet sich gar als Wandlungsresistent. Dabei eröffnet sich die Frage „Wie kann eine Organisation das Bisherige loslassen, zurück- oder hinter sich lassen, wenn es rund um die Verhalten, Deutungsmuster, Traditionen und Allteingefahrenes dreht, die sich als Bestandteile einer bisherigen und nun zu wandelnden Organisationsidentität erweisen?“. Für Organisationen und womöglich auch für die Beteiligten wäre es vorteilhaft, die bisher einwirkenden Faktoren als bislang zweckmäßig anzuerkennen und verabschiedend loszulassen. Das Loslassen und damit eine ermöglichende Wandlung von Haltungen, Wissen, Routinen, Gewohnheiten und Verhalten steht daher im Interesse von Organisationen und der Organisationsentwicklung. Damit würde Bestehendes verlernt, sofern dies in einem organisationalen Kontext erfassbar wäre. Daher wird für diese Arbeit ein Wandelprozess als Kontext angenommen, der auf New Work hinweist. In der Zielsetzung und im Interesse dieser Arbeit steht daher, ob und wie Konzepte und Ansätze eines „Verlernens“ in Organisationen aus Sicht der OE praktisch genutzt und unterstützend einwirken könnten. Die Masterarbeit verfolgt die Forschungsfrage, deren Beantwortung Ziel der Arbeit darstellt: „Wie lassen sich Ansätze des Verlernens für die Anwendung in der Organisationsentwicklung nutzen?“

Die vorliegende Bachelorarbeit beleuchtet den Status quo der kooperativen Zusammenarbeit in deutschen Kollegien. Zunächst wird der Begriff der Kooperation aus einer theoretischen Sicht beleuchtet, ehe qualitative Interviews mit Lehrkräften über die Kooperationskultur an ihrer Schule ausgewertet werden.

Risk management is an indispensable component of the financial system. In this context, capital requirements are built by financial institutions to avoid future bankruptcy. Their calculation is based on a specific kind of maps, so-called risk measures. There exist several forms and definitions of them. Multi-asset risk measures are the starting point of this dissertation. They determine the capital requirements as the minimal amount of money invested into multiple eligible assets to secure future payoffs. The dissertation consists of three main contributions: First, multi-asset risk measures are used to calculate pricing bounds for European type options. Second, multi-asset risk measures are combined with recently proposed intrinsic risk measures to obtain a new kind of a risk measure which we call a multi-asset intrinsic (MAI) risk measure. Third, the preferences of an agent are included in the calculation of the capital requirements. This leads to another new risk measure which we call a scalarized utility-based multi-asset (SUBMA) risk measure. In the introductory chapter, we recall the definition and properties of multi-asset risk measures. Then, each of the aforementioned contributions covers a separate chapter. In the following, the content of these three chapters is explained in more detail: Risk measures can be used to calculate pricing bounds for financial derivatives. In Chapter 2, we deal with the pricing of European options in an incomplete financial market model. We use the common risk measures Value-at-Risk and Expected Shortfall to define good deals on a financial market with log-normally distributed rates of return. We show that the pricing bounds obtained from Value-at-Risk may have a non-smooth behavior under parameter changes. Additionally, we find situations in which the seller's bound for a call option is smaller than the buyer's bound. We identify the missing convexity of the Value-at-Risk as main reason for this behavior. Due to the strong connection between the obtained pricing bounds and the theory of risk measures, we further obtain new insights in the finiteness and the continuity of multi-asset risk measures. In Chapter 3, we construct the MAI risk measure. Therefore, recall that a multi-asset risk measure describes the minimal external capital that has to be raised into multiple eligible assets to make a future financial position acceptable, i.e., that it passes a capital adequacy test. Recently, the alternative methodology of intrinsic risk measures was introduced in the literature. These ask for the minimal proportion of the financial position that has to be reallocated to pass the capital adequacy test, i.e., only internal capital is used. We combine these two concepts and call this new type of risk measure an MAI risk measure. It allows to secure the financial position by external capital as well as reallocating parts of the portfolio as an internal rebooking. We investigate several properties to demonstrate similarities and differences to the two aforementioned classical types of risk measures. We find out that diversification reduces the capital requirement only in special situations depending on the financial positions. With the help of Sion's minimax theorem we also prove a dual representation for MAI risk measures. Finally, we determine capital requirements in a model motivated by the Solvency II methodology. In the final Chapter 4, we construct the SUBMA risk measure. In doing so, we consider the situation in which a financial institution has to satisfy a capital adequacy test, e.g., by the Basel Accords for banks or by Solvency II for insurers. If the financial situation of this institution is tight, then it can happen that no reallocation of the initial endowment would pass the capital adequacy test. The classical portfolio optimization approach breaks down and a capital increase is needed. We introduce the SUBMA risk measure which optimizes the hedging costs and the expected utility of the institution simultaneously subject to the capital adequacy test. We find out that the SUBMA risk measure is coherent if the utility function has constant relative risk aversion and the capital adequacy test leads to a coherent acceptance set. In a one-period financial market model we present a sufficient condition for the SUBMA risk measure to be finite-valued and continuous. Finally, we calculate the SUBMA risk measure in a continuous-time financial market model for two benchmark capital adequacy tests.

Mit der Blickrichtung auf die Synthese und Darstellung neuer Verbindungen zur Verbesserung der Lebensqualität, Grundbedürfnisse und Gesundheit einer modernen Gesellschaft sind neue Strategien, welche die Konzepte der Nachhaltigkeit, Effizienz und Umweltschutz verinnerlichen, von immenser Bedeutung. Multikomponentenreaktionen (MCRs) offerieren hierfür einen attraktiven Lösungsansatz. Als Eintopfreaktionen zeichnen sich MCRs durch hohe Stufen- sowie Atomökonomien aus und können ferner dazu beitragen Kosten, Zeit, Energie und Abfälle einzusparen. Durch den modularen Charakter von MCRs lassen sich darüber hinaus schnell und effizient eine Vielzahl unterschiedlicher Molekülstrukturen generieren. Vor diesem Hintergrund konnten im Rahmen dieser Forschungsarbeit einige neue, kombinatorische Konzepte zur Synthese α-substituierter Glycinderivate entwickelt werden. Ausgehend von einer weiterentwickelten, Pd-katalysierten, enantioselektiven 3-Komponentenreaktion auf Basis von Sulfonsäureamiden, Glyoxylsäure Monohydrat und Boronsäuren konnte eine unerwartete Hintergrundreaktion festgestellt werden, die sich schlussendlich als erste katalysatorunabhängige Petasis-Reaktion auf Basis von Sulfonsäureamiden als Amin-Komponente darstellte. In Anbetracht der Aufgabe eine ressourcensparende und nachhaltigere Aufbaumöglichkeit von unnatürlichen Aminosäurederivaten zu entwickeln, gelang es im Zuge dieser Doktorarbeit weiterhin eine Pd-katalysierte, decarboxylative 3-Komponentenreaktion aufzubauen und zu etablieren. Dabei bieten Arylcarbonsäuren als Schlüsselkomponenten in einem decarboxylativen Konzept mit Palladium eine kostengünstigere und umweltfreundlichere Alternative zu den bisher bestehenden Methoden mit Organoboronsäuren oder anderer Organometall-Spezies. Überraschenderweise konnte im Zuge der Untersuchungen zur Substratbreite der Aldehyd-Komponente eine direkte, decarboxylative Addition zwischen den eingesetzten Arylcarbonsäuren und den verschiedenen Glyoxylsäureestern beobachtet werden. Dabei eröffnete diese Methode in ersten Untersuchungen eine interessante Möglichkeit zur Darstellung entsprechender Mandelsäurederivate.

Informationen aus dem Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation

The present thesis investigates the interaction of size selected transition metal cluster cations with \(N_2\) adsorbate molecules under cryogenic conditions. A tandem cryo ion trap mass spectrometer facilitates the recording of the adsorption kinetics of gases onto size selected transition metals clusters under isothermal cryo conditions. The combination with a tunable OPO/OPA laser system allows for the recording of Infrared-(Multiple) Photodissociation (IR-(M)PD) spectra of the resulting cluster adsorbate complexes. The comparison of the experimental results with DFT modelling allows for structural assignments and the evaluation of the clusters’ electronic properties. We apply the combination of these methods on rhodium, rhodium-iron alloy and tantalum clusters and present the results in seven research studies. The IR-(M)PD spectra of rhodium cluster adsorbate complexes indicate co-existing isomers and a spin quench with increasing number of adsorbed \(N_2\). Adsorption kinetics allowed to assign clusters with rough and smooth surfaces and to find features of adsorption reluctance. Calculated spin valley curves reveal a spin quench upon \(N_2\) adsorption onto the \(Rh_5^+\) cluster. Band shifts in the IR-(M)PD spectra of sequential \(N_2\) adsorption onto the \(Rh_6^+\) cluster are interpreted in terms of adsorbate induced charge dilution, which is supported by DFT calculations. Our combined approach reveals alloy like mixed rhodium iron clusters with adsorption site dependent \(N_2\) stretching vibrations, where \(N_2\) preferentially adsorbs onto rhodium sites. The \(Ta_4^+\) cluster facilitates the cleavage of the initial two \(N_2\) adsorbate molecules. By help of IR-(M)PD spectroscopy and DFT modelling we are able to assign a novel AEAS (across edge-above surface) mechanism and to assign an activated side-on intermediate of the third adsorbate molecule. The investigation sequential \(N_2\) adsorption onto the \(Ta_5^+\) cluster does not reveal any evidence for \(N_2\) activation. DFT modelling reveals low spin states.

Eine wachsende Weltbevölkerung und sich verändernde Ernährungsgewohnheiten könnten langfristig die weltweite Ernährungssicherheit gefährden. Menschen konsumieren mehr tierische Produkte (insbesondere Fleisch und Milchprodukte), Zucker, Pflanzenöle und verarbeitete Lebensmittel. Dieser Ernährungstrend fordert einen großen Flächenbedarf. Gleichzeitig werden die landwirtschaftlichen Böden in Folge der intensiven Nutzung belastet und weisen zunehmende Degradationserscheinungen auf, welche deren Bodenfruchtbarkeit und die Produktivität sinken lassen. Ebenso sinkt der Anteil verfügbarer Flächen, weil der Trend zur Urbanisierung dazu führt, dass Siedlungen, Infrastruktur, Straßen oder Gewerbegebiete gebaut werden müssen. Ferner lassen sich Wechselwirkungen zwischen Klimawandel und der Landwirtschaft beobachten. So sind auf der einen Seite die landwirtschaftlich nutzbaren Flächen u. a. durch Überschwemmungen oder Hitzeperioden direkt von den Folgen des Klimawandels betroffen. Auf der anderen Seite ist die Landwirtschaft selbst einer der Haupterzeuger klimaschädlicher Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO2), Lachgas (N2O) und Methan (CH4). Vor diesem Hintergrund setzt sich diese Arbeit mit der Frage auseinander, ob die Etablierung nachhaltiger und regionaler Ernährungssysteme die Ernährungssicherheit in Deutschland langfristig gewährleisten und zur Erreichung der Sustainable Development Goals (SDGs) beitragen kann. Es gibt verschiedene Lösungsansätze, um diese Herausforderungen zu meistern. Dies schließt u. a. eine Optimierung des Rural-Urban-Nexus (RUN) sowie innovative urbane Ernährungskonzepte, wie Urban Farming oder die vertikale Landwirtschaft, ein. Als Beispiele für innovative urbane Ernährungskonzepte werden im Rahmen dieser Arbeit zwei Projekte vorgestellt und analysiert. Dies ist zum einen ein integriertes Dachgewächshaus, der sogenannte „Altmarktgarten“, in Oberhausen. Der Altmarktgarten der Dachmarke InFarming ist ein ganzjährliches Gewächshaus, das auf dem Dach eines Jobcenters errichtet wurde. Die Projektverantwortlichen wollen durch den Altmarktgarten die Integration der Agrikultur in Städten vorantreiben und erhoffen sich von dem Projekt höhere Erträge und qualitativ hochwertige Pflanzen bei gleichzeitig sinkenden Transportkosten und der Fokussierung auf regionale Lebensmittelproduktion. Hierfür haben sie vertikale Kultivierungsmethoden, spezielle Belichtungsstrategien sowie Kreislaufverfahren für Wasser, Nährstoffe und Energie entwickelt. Zum anderen wird ein frisch eröffneter Pilotsupermarkt aus Wiesbaden der Firma REWE vorgestellt, der nach dem Green-Building-Konzept, eine besonders ressourcenschonende Bauweise, errichtet wurde. In diesem Supermarkt werden nicht nur Lebensmittel verkauft, sondern auch ein Teil der Lebensmittel auf dem Dach angebaut. Damit möchte REWE den Weg für Supermärkte der Zukunft ebnen und dabei helfen, ihre Klimaziele zu erreichen. Mit Hilfe des Instruments „integrierendes Nachhaltigkeitsdreieck“ (IND) werden die beiden Projekte näher untersucht. Das IND ermöglicht es, die isolierte Betrachtung der drei Nachhaltigkeitsdimensionen (Ökologie, Ökonomie und Soziales) aufzulösen und gleichzeitig den drei Dimensionen Handlungsfelder und passende Indikatoren zuzuordnen. Die erarbeiteten Indikatoren und die zugehörigen Maßnahmen können zukünftig dabei helfen, die Nachhaltigkeitsperformance des Altmarktgartens bzw. des Pilotsupermarktes zu überprüfen.

Beamforming performs spatial filtering to preserve the signal from given directions of interest while suppressing interfering signals and noise arriving from other directions. For example, a microphone array equipped with beamforming algorithm could preserve the sound coming from a target speaker and suppress sounds coming from other speakers. Beamformer has been widely used in many applications such as radar, sonar, communication, and acoustic systems. A data-independent beamformer is the beamformer whose coefficients are independent on sensor signals, it normally uses less computation since the coefficients are computed once. Moreover, its coefficients are derived from the well-defined statistical models, then it produces less artifacts. The major drawback of this beamforming class is its limitation to the interference suppression. On the other hand, an adaptive beamformer is a beamformer whose coefficients depend on or adapt to sensor signals. It is capable of suppressing the interference better than a data-independent beamforming but it suffers from either too much distortion of the signal of interest or less noise reduction when the updating rate of coefficients does not synchronize with the changing rate of the noise model. Besides, it is computationally intensive since the coefficients need to be updated frequently. In acoustic applications, the bandwidth of signals of interest extends over several octaves, but we always expect that the characteristic of the beamformer is invariant with regard to the bandwidth of interest. This can be achieved by the so-called broadband beamforming. Since the beam pattern of conventional beamformers depends on the frequency of the signal, it is common to use a dense and uniform array for the broadband beamforming to guarantee some essential performances together, such as frequency-independence, less sensitive to white noise, high directivity factor or high front-to-back ratio. In this dissertation, we mainly focus on the sparse array of which the aim is to use fewer sensors in the array, while simultaneously assuring several important performances of the beamformer. In the past few decades, many design methodologies for sparse arrays have been proposed and were applied in a variety of practical applications. Although good results were presented, there are still some restrictions, such as the number of sensors is large, the designed beam pattern must be fixed, the steering ability is limited and the computational complexity is high. In this work, two novel approaches for the sparse array design taking a hypothesized uniform array as a basis are proposed, that is, one for data-independent beamformers and the another for adaptive beamformers. As an underlying component of the proposed methods, the dissertation introduces some new insights into the uniform array with broadband beamforming. In this context, a function formulating the relations between the sensor coefficients and its beam pattern over frequency is proposed. The function mainly contains the coordinate transform and inverse Fourier transform. Furthermore, from the bijection of the function and broadband beamforming perspective, we propose the lower and upper bounds for the inter-distance of sensors. Within these bounds, the function is a bijective function that can be utilized to design the uniform array with broadband beamforming. For data-independent beamforming, many studies have focused on optimization procedures to seek the sparse array deployment. This dissertation presents an alternative approach to determine the location of sensors. Starting with a weight spectrum of a virtual dense and uniform array, some techniques are used, such as analyzing a weight spectrum to determine the critical sensors, applying the clustering technique to group the sensors into different groups and selecting representative sensors for each group. After the sparse array deployment is specified, the optimization technique is applied to find the beamformer coefficients. The proposed method helps to save the computation time in the design phase and its beamformer performance outperforms other state-of-the-art methods in several aspects such as the higher white noise gain, higher directivity factor or more frequency-independence. For adaptive beamforming, the dissertation attempts to design a versatile sparse microphone array that can be used for different beam patterns. Furthermore, we aim to reduce the number of microphones in the sparse array while ensuring that its performance can continue to compete with a highly dense and uniform array in terms of broadband beamforming. An irregular microphone array in a planar surface with the maximum number of distinct distances between the microphones is proposed. It is demonstrated that the irregular microphone array is well-suited to sparse recovery algorithms that are used to solve underdetermined systems with subject to sparse solutions. Here, a sparse solution is the sound source's spatial spectrum that need to be reconstructed from microphone signals. From the reconstructed sound sources, a method for array interpolation is presented to obtain an interpolated dense and uniform microphone array that performs well with broadband beamforming. In addition, two alternative approaches for generalized sidelobe canceler (GSC) beamformer are proposed. One is the data-independent beamforming variant, the other is the adaptive beamforming variant. The GSC decomposes beamforming into two paths: The upper path is to preserve the desired signal, the lower path is to suppress the desired signal. From a beam pattern viewpoint, we propose an improvement for GSC, that is, instead of using the blocking matrix in the lower path to suppress the desired signal, we design a beamformer that contains the nulls at the look direction and at some other directions. Both approaches are simple beamforming design methods and they can be applied to either sparse array or uniform array. Lastly, a new technique for direction-of-arrival (DOA) estimation based on the annihilating filter is also presented in this dissertation. It is based on the idea of finite rate of innovation to reconstruct the stream of Diracs, that is, identifying an annihilating filter/locator filter for a few uniform samples and the position of the Diracs are then related to the roots of the filter. Here, an annihilating filter is the filter that suppresses the signal, since its coefficient vector is always orthogonal to every frame of signal. In the DOA context, we regard an active source as a Dirac associated with the arrival direction, then the directions of active sources can be derived from the roots of the annihilating filter. However, the DOA obtained by this method is sensitive to noise and the number of DOAs is limited. To address these issues, the dissertation proposes a robust method to design the annihilating filter and to increase the degree-of-freedom of the measurement system (more active sources can be detected) via observing multiple data frames. Furthermore, we also analyze the performance of DOA with diffuse noise and propose an extended multiple signal classification algorithm that takes diffuse noise into account. In the simulation, it shows, that in the case of diffuse noise, only the extended multiple signal classification algorithm can estimate the DOAs properly.

The concept of bioplastics as sustainable and environmentally friendly materials has become increasingly interesting in both academia and industry. Consequently, many researchers have made great effort in developing bioplastic materials. As new challenging materials, there is still a lack of in-depth understanding of the process−structure−property relationships, especially in multi-phase component nanocomposites. In this thesis, the bioplastics − poly(lactic acid) (PLA)/polybutylene adipate-co-terephthalate (PBAT)-based nanocomposites containing nano-SiO2 particles − are examined. Various processing procedures are carried out to investigate their effect on the structure−property relationships of the nanocomposites. The selective location of the nanoparticles is observed with respect to the processing sequence. The differences in nanoparticle location have a tremendous impact on the rheological, thermal, and mechanical properties of the PLA/PBAT-based nanocomposites. Furthermore, a numerical simulation of the temperature distribution during the injection molding process is applied to corroborate the effect of the injection molding conditions on the final properties. By understanding the working mechanism and behavior of the phase morphology of the studied nanocomposites, the desirable properties can be optimized and adjusted for proper applications.

Academic research on urban shrinkage and depopulation has advanced significantly in recent years, mostly by attributing causality between the reasons and consequences of shrinkage in the positivist tradition of planning research. This paper critically analyzes shrinkage and depopulation as an issue of planning and policymaking in a broader institutional context. By applying a qualitative interpretive policy analysis methodology to planning and policy narratives from Spain, Germany and The Netherlands, this article highlights and scrutinizes how policymakers and planners have framed shrinkage, and how this framing has justified some of the selected planning and policy approaches. It is concluded that framing shrinkage in practice may only partially encompass the scientific definitions. It is also concluded that framing shrinkage and depopulation as a crisis may be determined by locally and temporally important issues as well as differences in planning cultures, which in practice may distance the understanding of the phenomenon from the scientific definitions. Debates on shrinkage conceptualization and the development of new planning concepts can become more applicable in practice by incorporating insights from qualitative investigations. This can bring them closer to planning practice and embed them in a wider planning system context, so as to produce more applicable and contextually sensitive proposals for addressing shrinkage.

Verkündungsblatt der TU Kaiserslautern Nr. 5/30.07.2021

Gängige Füllstandmesssysteme für mobile Schüttgutsilos werden i. d. R. invasiv an der Innenseite des Behälters angebracht. Hierdurch sind die Sensoren abrasiven Mechanismen und einem entsprechend hohen Verschleiß ausgesetzt. Dies führt zu einer geringen Wirtschaftlichkeit der bisherigen Füllstandüber-wachung von mobilen Schüttgutsilos. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Umsetzbarkeit eines alternativen, nichtinvasiven Sensorkonzeptes untersucht, welches auf der Auswertung der füllstandabhängigen Impulsantwort des Silos basiert. Hierzu werden anhand einer analytischen Modellierung des Messsystems die potentiellen Einflussgrößen des Sensorkonzeptes identifiziert. Anschließend werden die potentiellen Einflussgrößen im Rahmen numerischer Untersuchungen (FEM/DEM) näher analysiert und bewertet. Die ermittelten, scheinbar kritischen Einflussgrößen werden weiterhin experimentell untersucht. Es werden zwölf Füllstandkennwerte definiert, anhand derer eine Support Vector Machine trainiert und anschließend zur robusten Ermittlung des Füllstandes verwendet wird.

In recent decades, there has been increasing interest in analyzing the behavior of complex systems. A popular approach for analyzing such systems is a network analytic approach where the system is represented by a graph structure (Wassermann&Faust 1994, Boccaletti et al. 2006, Brandes&Erlebach 2005, Vespignani 2018): Nodes represent the system’s entities, edges their interactions. A large toolbox of network analytic methods, such as measures for structural properties (Newman 2010), centrality measures (Koschützki et al. 2005), or methods for identifying communities (Fortunato 2010), is readily available to be applied on any network structure. However, it is often overlooked that a network representation of a system and the (technically applicable) methods contain assumptions that need to be met; otherwise, the results are not interpretable or even misleading. The most important assumption of a network representation is the presence of indirect effects: If A has an impact on B, and B has an impact on C, then A has an impact on C (Zweig 2016, Brandes et al. 2013). The presence of indirect effects can be explained by ”something” flowing through the network by moving from node to node. Such network flows (or network processes) may be the propagation of information in social networks, the spread of infections, or entities using the network as infrastructure, such as in transportation networks. Also several network measures, particularly most centrality measures, assume the presence of such a network process, but additionally assume specific properties of the network processes (Borgatti 2005). Then, a centrality value indicates a node’s importance with respect to a process with these properties. While this has been known for several years, only recently have datasets containing real-world network flows become accessible. In this context, the goal of this dissertation is to provide a better understanding of the actual behavior of real-world network processes, with a particular focus on centrality measures: If real-world network processes turn out to show different properties than those assumed by classic centrality measures, these measures might considerably under- or overestimate the importance of nodes for the actual network flow. To the best of our knowledge, there are only very few works addressing this topic. The contributions of this thesis are therefore as follows: (i) We investigate in which aspects real-world network flows meet the assumptions contained about them in centrality measures. (ii) Since we find that the real-world flows show considerably different properties than assumed, we test to which extent the found properties can be explained by models, i.e., models based on shortest paths or random walks. (iii) We study whether the deviations from the assumed behavior have an impact on the results of centrality measures. To this end, we introduce flow-based variants of centrality measures which are either based on the assumed behavior or on the actual behavior of the real-world network flow. This enables systematic evaluation of the impact of each assumption on the resulting rankings of centrality measures. While–on a large scale–we observe a surprisingly large robustness of the measures against deviations in their assumptions, there are nodes whose importance is rated very differently when the real-world network flow is taken into account. (iv) As a technical contribution, we provide a method for an efficient handling of large sets of flow trajectories by summarizing them into groups of similar trajectories. (v) We furthermore present the results of an interdisciplinary research project in which the trajectories of humans in a network were analyzed in detail. In general, we are convinced that a process-driven perspective on network analysis in which the network process is considered in addition to the network representation, can help to better understand the behavior of complex systems.

Als Basis für die hochschuleigenen Konzepte zur Steigerung des Studienerfolgs in Sachsen verfasste das Staats-ministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) im Jahr 2014 die „Strategie zur Steigerung der Qualität und Effizienz der Hochschulausbildung sowie zur Steigerung der Studienerfolgsquote im Freistaat Sachsen“. Vor dem Hintergrund des steigenden Bedarfs an akademisch qualifizierten Fachkräften ist es laut sächsischer Strategie ein zentrales Ziel der Hochschulen, „möglichst viele Studierende in einem vertretbaren Zeitrahmen zu einem erfolgreichen Studienabschluss zu führen – mit einem Wort: Den Studienerfolg zu erhöhen“. Die Hoch-schulen sehen sich damit vor die Herausforderung gestellt, neue Studierendengruppen zu gewinnen, die Stu-dierenden auf ihrem Weg zum Studienabschluss zu unterstützen und gezielt auf den Einstieg in den wissen-schaftlichen und wirtschaftlichen Arbeitsmarkt vorzubereiten.

Parkbauten aus Stahlbeton sind v. a. in den Wintermonaten chloridhaltigen Wässern ausgesetzt. Dringen die Chloride über Risse bis zum Bewehrungsstahl vor, so kann dies Bewehrungskorrosion auslösen. Ebenfalls korrosionsauslösend kann CO2 sein. Beides geht, sofern keine Schutzmaßnahmen getroffen werden, mit dem Verlust der Gebrauchstauglichkeit bis hin zur Gefährdung der Standsicherheit des Bauwerks einher. Eine mögliche Maßnahme zum Schutze des Bauwerks vor diesen korrosionsauslösenden Medien stellt der Oberflächenschutz mit polymeren Systemen dar. Aufgrund der Befahrung durch PKWs sind die Oberflächenschutzsysteme mechanischem Abrieb ausgesetzt, welchem sie nur eine gewisse Zeit widerstehen können. Der Nachweis der Verschleißbeständigkeit erfolgt normativ gegenwärtig mit Verfahren, die aus anderen Bereichen entliehen sind und die hier auftretenden Verschleißmechanismen nicht ansatzweise widerspiegeln. Im theoretischen Teil dieser Arbeit werden die verschiedenen Aufbauvarianten von Oberflächenschutzsystemen und deren Funktionsweise erörtert. Ebenfalls werden die normativen und nicht normativ geregelten Prüfverfahren hinsichtlich der wirkenden Verschleißmechanismen bewertet. Im anschließenden praktischen Teil werden die Entwicklung und Evaluierung der Tauglichkeit eines eigenen Prüfstandes vorgestellt. Zusätzlich erfolgt eine Abgrenzung des Prüfverfahrens zum BCA-Verfahren (normatives Prüfverfahren) und dem Bänziger Rad (Prüfstand der Sika Deutschland GmbH). Neben der Prüfung marktüblicher Beschichtungssysteme werden weitere Parameter hinsichtlich ihrer Verschleißbeständigkeit geprüft. Dazu zählen die umgebungsbedingten Einflüsse wie eine zusätzliche Wasserbeaufschlagung und Verunreinigungen der Oberfläche, die durch eine Splittbeaufschlagung dargestellt werden, sowie der produktspezifische Einfluss der Deckversiegelung. Es können sowohl Unterschiede zwischen als auch innerhalb eines Oberflächenschutzsystemes aufgezeigt werden. Neben der Durchführung der Verschleißversuche werden auch verschiedene Wege zur Dokumentation des Verschleißes entwickelt. Hiervon hervorzuheben ist die zerstörungsfreie Aufzeichnung des Verschleißes mittels eines 2D / 3D-Lasers. Weiterhin werden mechanische Werkstoffparameter ermittelt und deren Aussagekraft hinsichtlich einer Verschleißbeständigkeit bewertet. Die Ergebnisse der vorgenannten Forschungsvorhaben mündeten in einen beim Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen der Förderschiene "WIPANO - Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen" beantragten und inzwischen bewilligten Normungsantrag mit dem Titel „Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Bestimmung der Verschleißbeständigkeit von befahrenen Oberflächenschutzsystemen mit Hilfe des Parking Abrasion Test (PAT-Verfahren)“.

LinTim is a scientific software toolbox that has been under development since 2007, giving the possibility to solve the various planning steps in public transportation. Although the name originally derives from "Lineplanning and Timetabling", the available functions have grown far beyond this scope. This document is the documentation for version 2021.10. For more information, see https://www.lintim.net

The semantics of programming languages assign a meaning to the written program syntax. Currently, the meaning of synchronous programming languages, which are especially designed to develop programs for reactive and embedded systems, is based on a formal semantics definition similar to Fitting`s fixpoint semantics for logic programs. Nevertheless, it is possible to write a synchronous program code that does not evaluate to concrete values with the current semantics, which means those programs are currently seen to be not constructive. In the last decades, the theoretical knowledge and representation of semantics for logic programming has increased, but not all theoretical results and achievements have found their way to practice and application in system design. This thesis, in a first part, focuses on extensions to the semantics of synchronous programming languages to an evaluation similar to a well-founded semantics as defined in logic programming by van Gelder, Ross and Schlipf and to the stable model semantics as defined by Gelfond and Lifschitz. Particularly, this allows an evaluation for some of the currently not constructive programs where the semantics based on Fitting`s fixpoint fails. It is shown that the extension to well-founded semantics is a conservative extension of Fitting`s semantics, so that the meaning for programs which were already constructive does not change. Finally, it is considered how one can still generate circuits that implement the considered synchronous programs with the well-founded semantics. Again, this is a conservative approach that does not modify the circuits generated by the so-far used synthesis procedures. Answer set programming and the underlying stable model semantics describe problems by constraints and the related answer set solvers give all solutions to that problem as so-called answers. This allows the formulation of searching and planning problems as well as efficient solutions without having the need to develop special and possibly error-prone algorithms for every single application. The semantics of the synchronous programming language Quartz is also extended to the stable model semantics. For this extension, two alternatives are discussed: First of all, a direct extension similar to the extension to well-founded semantics is discussed. Second, a transformation of synchronous programs to the available answer set programming languages is given, as this allows to directly use answer set solvers for the synthesis and optimization of synchronous systems. The second part of the thesis contains further examples of the use of answer set programming in system design to emphasis their benefits for system design in general. The first example is hereby the generation of optimal/minimal interconnection-networks which allow non-blocking connections between n sources and n targets in parallel. As a second example, the stable model semantics is used to build a complete compiler chain, which transforms a given program to an optimal assembler code (called move code) for the new SCAD processor architecture which was developed at the University of Kaiserslautern. As a final part, the lessons learned from the two examples are shown by the means of some enhancement ideas for the synchronous programming language paradigm.

There are a lot of photonic micro- and nano-structures in nature that consist of materials with a low refractive index and that can keep up with artificial structures concerning optical properties like scattering or coloration. This work aims to understand the photonic structures in the silver ant Cataglyphis bombycina, the blue butterfly of genus Morpho, the beetle Entimus imperialis, which shows polarization-dependent reflection, and the white beetle Cyphochilus insulanus. Furthermore, corresponding micro- and nano-structures are fabricated. Bioinspired models with the same optical properties as the investigated structures are developed and analyzed using geometric optics and finite-difference time-domain calculations. These models are qualitatively and quantitatively compared regarding their optical properties with the original structures and fabricated by direct laser writing. To mimic potential effects of material-based disorder of the natural photonic structures, a cellulose-based resist for direct laser writing is developed and examined. Conventional resists in direct laser writing can be replaced by a resist containing cellulose derivatives. Here, different combinations of cellulose derivatives, initiators, and solvents are examined. The best performance is observed for a combination of methacrylated cellulose acetate (MACA500), 2-Isopropyl-9H-thioxanthen-9-one (ITX), and dimethyl sulfoxide (DMSO). These resists allow for direction is attained. The achieved cross-linking enables stable three-dimensional structures and, together with the possible resolution, allows to fabricate the model inspired by the white beetle Cyphochilus insulanus in the cellulose-based resist. The silver appearance of the Cataglyphis bombycina can be completely explained with geometric optics in the prism-shaped hairs that cover its body. The more complex structures of the other three insects use photonic crystal-like material arrangements with a varying amount of disorder. The polarization dependence of the Entimus imperialis arises from a diamond structure inside the scales of the beetle and can be mimicked with a photonic woodpile crystal. The blue butterfly of the genus Morpho and the white beetle Cyphochilus insulanus both can be reduced to disordered Bragg stacks, in which the exact properties are achieved by introducing different amounts of disorder. For Cataglyphis bombycina, Entimus imperialis, and Cyphochilus insulanus, the developed bioinspired models are fabricated using conventional resists in direct laser writing. All models show a qualitative correspondence to the optical properties of the original structures. The cellulose-based resists enable the use of polysaccharides in direct laser writing and the concepts can be transferred to other polysaccharides, like chitin. The analysis of the different natural photonic structures and the developed bioinspired models reveal a material independence of the structures that allows the fabrication of these models in different transparent materials.

In this thesis, the software development principles of Model-Driven Architecture have been adopted for developing a generation flow for properties. The taken approach for property generation introduces three models, namely the Model-of-Things, the Model-of-Property, and the Model-of-View. Each model belongs to a distinct model layer in the generation flow and each model layer addresses a specific concern of the property generation. The separation of concerns through model layers ensures modular flow development, and enables uncomplicated enhancements and feature extensions. The properties are generated through a series of model-to-model transformations between these model layers. Python is used as the domain-specific language for describing the intermediate transformations. A metamodel-based automation framework is utilized to generate an infrastructure that facilitates the description of transformations. The APIs that form the central part of the infrastructure are generated from the metamodel definitions of the models mentioned before. The generated APIs are further extended with domain-specific APIs to significantly reduce the effort required for developing the transformations. The property generation solution developed in this thesis is termed as “MetaProp”. A key aspect of the property generation flow is the translation of informal specifications to formal specification models. Due to the diverse nature of hardware designs, the methodology includes different modeling paradigms to formalize the specifications. The metamodel Meta-Expression provides features to describe the behavior of combinational designs in the form of expression trees and dataflow expressions. The MetaExpression metamodel is modular in nature and can be integrated into other metamodel definitions that capture the specification level configurations of the design. For modeling the behavior of sequential designs, a formalism using finite state machine-like notations for traces is introduced. The metamodel MetaSTS defines this formalism. The MetaSTS metamodel enables to define the behavior of sequential designs with annotated timing information for transitions between important states. Annotation is also used to map abstract states in the Model-of-Things to the Model-of-Property and, finally, to the design implementation. Such an annotation or binding mechanism enables Model-of-Properties to be applicable on a variety of design implementations. Another important contribution of this thesis is a complete processor verification methodology, which is based on the aforementioned generation approach. The introduced methods for specification modeling are employed to formalize the ISA and the behavior of instructions within the processor pipelines. However, it requires substantial manual efforts and in-depth knowledge of the microarchitectural details of the processor implementation to describe the transformations that define the Model-of-Properties. The prime reason for this requirement is the overlapped execution of instructions within the pipelined architectures of processors and the numerous internal and external pipeline stall scenarios. For a complete processor verification, a set of generated properties must consider all combinations of instruction overlapping coupled with all scenarios of pipeline stalls. In retrospect, the Model-of-Properties —from which the properties are generated — are required to consider all combinations of the aforementioned scenarios. To address these aspects, the C-S²QED method — an extension of the S²QED method — has been developed to completely verify a processor. The C-S²QED method is also applicable to exceptions within the processor pipelines and superscalar pipeline architectures. The C-S²QED method detects all functional bugs in a processor implementation and requires significantly less manual efforts compared to state-of-the-art processor verification methods. The completeness hypothesis of the C-S²QED method based on the completeness criterion defined by C-IPC and a completeness proof are also part of this thesis. The property generation flow has been leveraged to generate a set of C-S²QED properties to further enhance the effectiveness of the methodology. The applicability and effectiveness of the introduced modeling paradigms and developed methods have been demonstrated with the formal verification of several industry strength designs. Numerous logic bugs including the bugs that are typically regarded as difficult to find have been detected during the formal verification with generated properties. Most IPs of an SoC called “RiVal” including the RISC-V core and excluding the legacy IPs have been formally verified only with the proposed methods in this thesis. The Rival SoC is used in the powertrain and safety automotive applications. The manufactured chip works “first time right” and no logic bug has been detected during the post-manufacturing tests. Various architectural alternatives of the RISC-V based processor designs are verified with the generated C-S²QED properties. The property generation is built in a configurable manner such that any changes in microarchitecture of the processor — that may be caused by the changes in specifications — are implicitly covered by the generation flow. Thus, additional manual efforts are not required and the functional flaws due to the changes in specifications are neutralized. Furthermore, the proposed methods have also been applied to communication protocol IPs, bus bridges, interrupt controllers and safety-relevant designs.

Cloud Computing, or the Cloud, became one of the most used technologies in today's world, right after its possibilities had been figured out. It is a renowned technology that enables ubiquitous access to tasks that need collaboration or remote monitoring. It is widely used in daily lives as well as the industry. The paradigm uses Internet Technologies which rely on best-effort communication. Best-effort communication limits the applicability of the technology in the domains where the timing is critical. Edge Computing is a paradigm that is seen as a complementary technology to the Cloud. It is expected to solve the Quality of Service (QoS) and latency problems that are raised due to the increased count of connected devices, and the physical distance between the infrastructure and devices. The Edge Computing adds a new tier between Information Technology (IT) and Operational Technology (OT) and brings the computing power close to the source of the data. Computing power near devices reduces the dependency to the Internet; hence, in case of a network failure, the computation can still continue. Close proximity deployments also enable the application of Edge Computing in the areas where real-timeliness is necessary. Computation and communication in Edge Computing are performed via Edge Servers. This thesis suggests a standardized and hardware-independent software reference architecture for Edge Servers that can be realized as a framework on servers, to be used on domains where the timing is critical. The suggested architecture is scalable, extensible, modular, multi-user supported, and decentralized. In decentralized systems, several precautions must be taken into consideration, such as latencies, delays, and available resources of the neighbouring servers. The resulting architecture evaluates these factors and enables real-time execution. It also hides the complexity of low-level communication and automates the collaboration between Edge Servers to enable seamless offloading in case of a need due to lack of resources. The thesis also validates an exemplary instance of the architecture with at framework, called Real-Time Execution Framework (RTEF), with multiple scenarios. The tasks used are resource-demanding and requested to be executed on an Edge Server in an Edge Network comprising multiple Edge Servers. The servers can make decisions by evaluating their availabilities, and determine the optimal location to execute the task, without causing deadline misses. Even under a heavy load, the decisions made by the servers to execute the tasks on time were correct, and the concept is proven.

Die Rissbildung in Stahlbetonbauteilen ist systemimmanent und stellt keinen Mangel dar, sofern die am Bauteil auftretenden Risse auf unschädliche Breiten begrenzt sind. Die Begrenzung der Rissbreite kann dabei im Allgemeinen durch planerisch-konstruktive, betontechnologische und ausführungstechnische Maßnahmen zielgerichtet gesteuert werden. Die derzeit in Deutschland bauaufsichtlich eingeführten Regelwerke DIN EN 1992-1-1 und DIN EN 1992-1-1/NA enthalten Berechnungskonzepte, um Rissbreiten und Rissabstände etwaig auftretender Risse im Rahmen der Bemessung näherungsweise rechnerisch vorauszubestimmen. Bei flächenartigen Bauteilen mit mehrlagig, kreuzweise angeordneter Bewehrung aus großen Stabdurchmessern (d. h. Ø > 32 mm), wie sie beispielsweise in hochbeanspruchten dicken Sohlplatten zum Einsatz kommen können, stellt sich die Frage, ob die am Bauteil auftretenden Risse mit Hilfe der in DIN EN 1992-1-1 und in DIN EN 1992-1-1/NA enthaltenen Berechnungskonzepte realitätsnah vorauszubestimmen sind. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund in Frage zu stellen, dass die den aktuellen normativen Nachweisen zugrundeliegenden Bemessungsformeln vorwiegend an zentrisch bewehrten Versuchsquerschnitten mit „kleinen“ Stabdurchmessern (üblicherweise Ø6 mm bis Ø14 mm) hergleitet wurden. Zur Bewertung der Übertragbarkeit wurden im Rahmen dieser Arbeit umfangreiche experimentelle Untersuchungen zum Rissverhalten mehrlagig bewehrter Bauteile mit Variation zahlreicher Einflussfaktoren der Rissbildung (z. B. Stabdurchmesser, Querbewehrung, Oberflächenbewehrung) durchgeführt. Das im Rahmen dieser Bauteilversuche feststellbare Trag- und Verformungsverhalten mehrlagig bewehrter Bauteile wurde im Anschluss durch numerische Untersuchungen mit dem nicht linearen Finite-Elemente Programm Atena verifiziert. Auf Grundlage einer Gegenüberstellung von statistisch ausgewerteten Versuchswerten und den Ergebnissen einer Nachrechnung nach DIN EN 1992-1-1 und DIN EN 1992-1-1/NA und weiteren ausgewählten Ingenieur- und Bemessungsmodellen, wurde die Zuverlässigkeit der rechnerischen Vorhersagegenauigkeit der aktuellen Bemessungsmodelle detailliert überprüft. Als ein Ergebnis bleibt festzu-halten, dass Modifikationen der Bemessungsgleichungen nach DIN EN 1992-1-1/NA für Querschnittskonzeptionen mit mehrlagig, kreuzweise angeordneter Bewehrung zwingend zu empfehlen sind, um eine realitätsnähere, auf der sicheren Seite liegende rechnerische Vorhersage der zu erwartenden Rissbreiten sicherstellen zu können. Zudem zeigt sich, dass bei fehlender Oberflächen-bewehrung insgesamt keine zuverlässige Berechnung der Rissbreite nach DIN EN 1992-1-1/NA auf der Bauteiloberseite erfolgen kann. Für das Bauteilinnere konnte dagegen festgestellt werden, dass die Versuchsergebnisse in den nach DIN EN 1992-1-1/NA zu erwartenden Größenordnungen liegen. Die aus der ei¬genen Versuchsnachrechnung gewonnenen Erkenntnisse zur Vorhersagegenauigkeit zeigen, dass sich für die vorliegend untersuchten Querschnittskonzeptionen insgesamt das Bemessungsmodell nach prEN1992-1-1 hinreichend gut eignet.

Mit der Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung will die Staatengemeinschaft den globalen Herausforderungen gemeinsam unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen, sozialen, ökologischen und politischen Dimension begegnen. Eine zunehmend fragile politische Weltlage prägt das Aufwachsen der jungen Generation und bedroht ihre Zukunft. Die 2015 von den Vereinten Nationen verabschiedeten 17 nachhaltigen Entwicklungsziele sind ein konkreter Aktionsplan, um die Welt bis zum Jahr 2030 zum Besseren zu verändern – auch für Kinder und Jugendliche und vor allem mit ihnen gemeinsam. Seit dem Jahr 2000 gibt es beachtliche Fortschritte bei der Erreichung des Ziels der universellen Grundschulbildung. Die Gesamteinschulungsrate erreichte 2015 in den Entwicklungsregionen 91 Prozent und die weltweite Zahl der Kinder, die nicht zur Schule gehen, ist um fast die Hälfte gesunken. Auch in Nepal wurden im Bildungssektor bedeutende Erfolge in Bezug auf Zugang und Teilhabe erzielt, insbesondere in den Bereichen Schulbildung, Alphabetisierung und Weiterbildung. Trotzdem gibt es in Nepal viele Kinder, darunter besonders viele Mädchen, die nicht zur Schule gehen oder diese abbrechen, weil die Familien sich den Schulbesuch nicht leisten können, die Schulen zu weit entfernt sind oder sie ethnischen Minderheiten angehören. Als zentrale Fragestellung der Masterarbeit soll das seit zehn Jahren bestehende UNICEF-Bildungsprogramm Let Us Learn in Nepal im Kontext der Agenda 2030 evaluiert werden. Es soll erforscht werden, inwieweit die Implementierung des Bildungsprogramms Let Us Learn von UNICEF in Nepal auf die SDGs einzahlt. In diesem Zusammenhang sollen die direkten Auswirkungen von Bildungsprogrammen für Kinder, insbesondere Mädchen, in Nepal mit Blick auf die 17 SDGs der Agenda 2030 eruiert werden. Gleichzeitig soll geklärt werden, ob und inwieweit bei diesen Bildungsprogrammen die Prinzipien der Paris-Deklaration über die Wirksamkeit von nachhaltiger Entwicklungszusammenarbeit, insbesondere die Eigenverantwortung der Empfängerländer und die gegenseitigen Rechenschaftspflicht Berücksichtigung finden. Mittels Experteninterviews von Personen aus dem direkten Umfeld der Entwicklungszusammenarbeit und mit Expertise zur Situation in Nepal sowie Fallstudien sollen die notwendigen Daten für die Analyse und Evaluation generiert werden. Ausgangspunkt der Forschungsfrage ist die Hypothese, dass das Erreichen einer inklusiven und qualitativ hochwertigen Bildung für alle (SDG 4) die Überzeugung bekräftigt, dass Bildung eines der stärksten und bewährtesten Mittel für eine nachhaltige Entwicklung ist. Erfolge im Bildungssektor sollen einen gleichberechtigten Zugang zu einer soliden Berufsausbildung erleichtern oder gar den Zugang zu einer hochwertigen Hochschulbildung ermöglichen und können somit dazu beitragen, Ungleichheiten zwischen den Geschlechtern zu beseitigen, Wohlstand zu schaffen, Armut und Hunger einzudämmen und damit die Chance auf Ernährungssicherheit zu erhöhen. Insbesondere Bildungsprojekte für Grundschüler haben große Potenziale, Chancen für Kinder zu eröffnen, frühzeitig für alle 17 SDGs der Agenda 2030 sensibilisiert zu werden.

In jüngster Zeit wurde ein komplett neues Feld für den Bedarf an einer Konvertierung von Kohlenstoffdioxid zu Methan erschlossen. Im Gegensatz zu der Erde besteht die dünne Atmosphäre des Mars aus 95,3 % Kohlenstoffdioxid. Um dort hinzukommen und der Menschheit ein potentielles zweites Zuhause zu schaffen, bedarf es allerdings der Raumfahrt. Die bisherigen Raketen dafür wurden entweder mit Feststoffbrennstoffen, flüssigem Wasserstoff sowie flüssigem Sauerstoff oder in neuerer Zeit mit einer Mischung aus Rocketpropellent-1 (Mischung aus Diesel und Kerosin) und flüssigem Sauerstoff geflogen. Die neue Generation der Raketen von SpaceX, Nasa und Blue Origin für die Marsbesiedlung wird allerdings mit Methan und flüssigem Sauerstoff fliegen. Das Besondere daran ist, dass alle Missionen sowohl von NASA, als auch von den privaten Raumfahrtunternehmen, planen den Treibstoff für den Rückflug über den CO2-Fischer-Tropsch Prozess auf dem Mars aus Kohlenstoffdioxid zu gewinnen und alle lebensnotwendigen Chemikalien auf dem Mars aus Wassereis und CO2 über diesen Weg zu erzeugen. Für diesen Prozess unter diesen extraterrestrischen Bedingungen bedarf es neuer und besserer heterogener Katalysatoren, um die Besiedelung des Mars und des Sonnensystems sowie die Nutzung der dort vorhandenen Rohstoffe möglich zu machen. Daher war in dieser Arbeit das Ziel neuartige Heusler-Legierungen zu erhalten und diese in eine für die Katalyse nutzbare Form zu überführen, um damit das katalytische Potential der Legierungen in der CO2-Fischer-Tropsch-Anwendungen erstmalig zu überprüfen. Dadurch sollten neue Katalysatoren für zukünftige CO2-Fischer-Tropsch-Anwendungen untersucht werden, da diese Prozesse einen breiteren Zugang zu Raffinerieprodukten, Wachsen, Alkanen und Alkenen liefern können als die CO2-intensiven klassischen Routen über den Steamcracker. Sind diese Katalysatoren auch im Hinblick auf den Irdischen gebraucht von großem Interesse. Dazu sollte in dieser Arbeit untersucht werden, welche niedermolekularen Produktfraktionen im Rahmen eines Katalysator Screenings erhalten werden können. Dabei war es die Zielsetzung, die Metallkombinationen zu iterieren und einen groben Überblick über die Produktverteilung anhand der häufigsten Produkte sowie der C4- und C4+-Fraktion zu geben. Zu diesem Zweck wurden Cu2YZ, Ni2YZ, Fe2YZ und Co2FeZ bzw. Fe2CoZ mittels thermischem metallischem Sintern erzeugt und charakterisiert. Unter Zuhilfenahme verschiedener physikalischer und chemischer Methoden wie der pulsed laser ablation (PLAL) und der Zerkleinerung mittels Kugelmühle wurden Katalysatoren erzeugt, welche im Anschluss auf Aluminiumoxids sowie des Siliziumdioxid-Trägermaterials aufgebracht wurden. Die so erhaltenen Material wurde in pelletierter Form in einer Hochdruckströmungsapparatur auf die katalytischen Fähigkeiten der jeweiligen Metallkombination in der CO2-Hydrierung untersucht.

Bees are recognized as an indispensable link in the human food chain and general ecological system. Numerous threats, from pesticides to parasites, endanger bees and frequently lead to hive collapse. The varroa destructor mite is a key threat to bee keeping and the monitoring of hive infestation level is of major concern for effective treatment. Sensors and automation, e.g., as in condition-monitoring and Industry 4.0, with machine learning offer help. In numerous activities a rich variety of sensors have been applied to apiary/hive instrumentation and bee monitoring. Quite recent activities try to extract estimates of varroa infestation level by hive air analysis based on gas sensing and gas sensor systems. In our work in the IndusBee4.0 project [8, 11], an hive-integrated, compact autonomous gas sensing system for varroa infestation level estimation based on low- cost highly integrated gas sensors was conceived and applied. This paper adds to [11] with the first results of a mid-term duration investigation from July to September 2020 until formic acid treatment. For the regarded hive more than 79 % of detection probability based on the SGP30 gas sensor readings have been achieved.

Data is the new gold and serves as a key to answer the five W’s (Who, What, Where, When, Why) and How’s of any business. Companies are now mining data more than ever and one of the most important aspects while analyzing this data is to detect anomalous patterns to identify critical patterns and points. To tackle the vital aspects of timeseries analysis, this thesis presents a novel hybrid framework that stands on three pillars: Anomaly Detection, Uncertainty Estimation, and Interpretability and Explainability. The first pillar is comprised of contributions in the area of time-series anomaly detection. Deep Anomaly Detection for Time-series (DeepAnT), a novel deep learning-based anomaly detection method, lies at the foundation of the proposed hybrid framework and addresses the inadequacy of traditional anomaly detection methods. To the best of the author’s knowledge, Convolutional Neural Network (CNN) was used for the first time in Deep Anomaly Detection for Time-series (DeepAnT) to robustly detect multiple types of anomalies in the tricky and continuously changing time-series data. To further improve the anomaly detection performance, a fusion-based method, Fusion of Statistical and Deep Learning for Anomaly Detection (FuseAD) is proposed. This method aims to combine the strengths of existing wellfounded statistical methods and powerful data-driven methods. In the second pillar of this framework, a hybrid approach that combines the high accuracy of the deterministic models with the posterior distribution approximation of Bayesian neural networks is proposed. In the third pillar of the proposed framework, mechanisms to enable both HOW and WHY parts are presented.

A transition from conventional centralized to hybrid decentralized systems has been increasingly advised recently due to their capability to enhance the resilience and sustainability of urban water supply systems. Reusing treated wastewater for non-potable purposes is a promising opportunity toward the aforementioned resolutions. In this study, we present two optimization models for integrating reusing systems into existing sewerage systems to bridge the supply–demand gap in an existing water supply system. In Model-1, the supply–demand gap is bridged by introducing on-site graywater treatment and reuse, and in Model-2, the gap is bridged by decentralized wastewater treatment and reuse. The applicability of the proposed models is evaluated using two test cases: one a proof-of-concept hypothetical network and the other a near realistic network based on the sewerage network in Chennai, India. The results show that the proposed models outperform the existing approaches by achieving more than a 20% reduction in the cost of procuring water and more than a 36% reduction in the demand for freshwater through the implementation of local on-site graywater reuse for both test cases. These numbers are about 12% and 34% respectively for the implementation of decentralized wastewater treatment and reuse.

Modern microtechnology has the central task of ensuring technological progress through the miniaturization and reduction of component dimensions. Micro grinding with micro pencil grinding tools (MPGTs) has established itself as a manufacturing process in microtechnology, especially for the machining of hard and brittle materials. The process has been investigated by numerous researchers. Yet, tools with diameters of <100 μm, could not satisfy the needs of the industry. The tool life of MPGTs was insufficient, their feed rates were too slow for a mean-ingful application and both the MPGTs, and their microstructures were not reproducible. Therefore, this dissertation is dedicated to the task of investigating and revising the complete manu-facturing process and application methodology of these tools. New substrate geometries and materials are investigated. Surface treatment methods are investigated to increase adhesion between the abrasive layer and the substrate. In addition, conventional coating processes like electroplating are replaced by an autocatalytic electroless plating process, that has a much higher reproducibility rate of MPGTs with diameters of about 50 μm and less. The micro grinding methodology is optimized by parameter studies, and new coolant supplying methods with new metalworking fluids, which are introduced to achieve the best possible result when machining 16MnCr5.

Ein gesellschaftliches Merkmal der Bevölkerung Deutschlands ist ihre heterogene Zusammensetzung. Die Vielfältigkeit wird an vielen Punkten offenbar. Hier leben Menschen mit unterschiedlichen kulturellen Hintergründen, diversen religiösen Weltansichten und verschiedenen Muttersprachen miteinander. Auch Menschen mit Behinderungen bereichern die Vielfalt in der Bunderepublik. Durch Bestimmungen im Grundgesetz sowie die Ratifikation verschiedener internationaler Abkommen verpflichtet sich die Bundesrepublik u.a. allen Menschen die freie und selbstbestimmte Entwicklung der Persönlichkeit zu ermöglichen. Doch insbesondere Menschen mit Behinderungen erleben in Deutschland in vielen Bereichen noch Benachteiligungen. Diese werden bspw. im Lebensbereich ‚Arbeit und Beschäftigung‘ sichtbar. Dabei hat sich die Bundesrepublik insbesondere durch die Ratifizierung der UN-Behindertenrechtskonvention sowie der Agenda 2030, mit den Entwicklungszielen 8 (Menschenwürdige Arbeit und Wirtschaftswachstum) und 10 (Weniger Ungleichheiten) der Gestaltung eines offenen, freien Arbeitsmarktes, auf welchem alle Menschen ihren Lebensunterhalt durch Arbeit, auf Arbeitsplätzen mit guten Bedingungen, verdienen können, verpflichtet. Damit ist die Teilhabe am Arbeitsleben von Menschen mit Behinderungen ein wesentliches Merkmal zur Realisierung intragenerativer Gerechtigkeit im Rahmen des Leitbildes der nachhaltigen Entwicklung. Mit verschiedenen Maßnahmen aus seinem Nationalen Aktionsplan, hat der Gesetzgeber den Versuch unternommen, die Gestaltung eines solchen inklusiven Arbeitsmarktes zu entwickeln und die Teilhabesituation für Menschen mit Behinderungen am Arbeitsleben zu reformieren. Aufgrund der Aktualität dieses Themas ist die Forschungslage bzgl. geeigneter Umsetzungsmaßnahmen noch gering, sodass u.a. diese Arbeit einen der ersten Versuche zur systematischen Erfassung geeigneter Umsetzungsmaßnahmen und zur Bewertung der bisherigen Maß-nahmen darstellt.

Medical cyber-physical systems (MCPS) emerged as an evolution of the relations between connected health systems, healthcare providers, and modern medical devices. Such systems combine independent medical devices at runtime in order to render new patient monitoring/control functionalities, such as physiological closed loops for controlling drug infusion or optimization of alarms. Despite the advances regarding alarm precision, healthcare providers still struggle with alarm flooding caused by the limited risk assessment models. Furthermore, these limitations also impose severe barriers on the adoption of automated supervision through autonomous actions, such as safety interlocks for avoiding overdosage. The literature has focused on the verification of safety parameters to assure the safety of treatment at runtime and thus optimize alarms and automated actions. Such solutions have relied on the definition of actuation ranges based on thresholds for a few monitored parameters. Given the very dynamic nature of the relevant context conditions (e.g., the patient’s condition, treatment details, system configurations, etc.), fixed thresholds are a weak means for assessing the current risk. This thesis presents an approach for enabling dynamic risk assessment for cooperative MCPS based on an adaptive Bayesian Networks (BN) model. The main aim of the approach is to support continuous runtime risk assessment of the current situation based on relevant context and system information. The presented approach comprises (i) a dynamic risk analysis constituent, which corresponds to the elicitation of relevant risk parameters, risk metric building, and risk metric management; and (ii) a runtime risk classification constituent, which aims to analyze the current situation risk, establish risk classes, and identify and deploy mitigation measures. The proposed approach was evaluated and its feasibility proved by means of simulated experiments guided by an international team of medical experts with a focus on the requirements of efficacy, efficiency, and availability of patient treatment.

The development and implementation of an observational video-based risk assessment is described. Occupational risk assessment is one of the most important yet also challenging tasks for employers. Most assessment tools to date use questionnaires, expert interviews and similar tools. Video analysis is a promising tool for risk assessment, but it needs an objective basis. A video of a plastering worker was recorded using a 360 degree camera. The recording was then analyzed using the developed observational matrix concerning Work Characteristics, Work Activities as well as potential risks. Risk factors present during the video of the work included lifting, fall from ladder, hazardous substances as well as occasionally bad posture. The worker had no or just one risk factor present during most of the time of the video recording, while only 16 seconds with more than one risk factor present according to the observational matrix. The paper presents a promising practical method to assess occupational risks on a case-by-case basis. It can help with the risk assessment process in companies which is required by law in some industrialized countries. The matrix in combination with video analysis is a first step towards digital observational risk assessment. It can also be the basis of an automated risk assessment process.

In past decades, many cities and regions have underwent structural transformations—e.g., in old industrialized “rust belts” or in peripheral rural areas. Many of these shrinking cities have to face the challenges of long-term demographic and economic changes. While shrinkage is often related to post-industrial transformations in the USA, in other countries, such as Germany, for example, the causes are related to changing demographics with declining birth rates and the effects of the German reunification. Many cities have tried to combat shrinkage and have thus developed a variety of policies and strategies such as the establishing of substitute industries. To assess the sustainability of this approach, this paper investigates the cities of Cleveland, USA and Bochum, Germany in a comparative analysis following the most similar/most different research design. The paper shows that substitute industries might lead to new development paths for shrinking cities.

Verkündungsblatt der TU Kaiserslautern Nr. 6/10.12.2021