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Integrationskurslehrkräfte stehen im Bemühen der Bundesrepublik Deutschland um die gesellschaftliche Integration von Neuzugewanderten an „vorderster Front“. Sie erleben Integrationskurse als Orte der interkulturellen Begegnung und müssen gleichzeitig die besonderen Bedingungen des Lernens Erwachsener berücksichtigen. Die Arbeit untersucht mithilfe von Experteninterviews die Frage, welche Herausforderungen für die Lehrkräfte damit verbunden sind und wie sie diesen begegnen. Der Fokus liegt dabei auf dem Umgang mit weiblichen Teilnehmenden. Diese sind zum Zeitpunkt der Untersuchung überwiegend Geflüchtete aus dem arabischen Raum. Im ersten Hauptteil wird sich zunächst mit dem Kulturbegriff und dem Phänomen der Interkulturalität auseinandergesetzt. Konzepte zur interkulturellen Kompetenz werden vorgestellt. Ferner wird beschrieben, wie interkulturelles Lernen in der Erwachsenenbildung erfolgen kann. Die Curricula der Integrationskurse messen den Themen Interkulturalität und Wertevermittlung eine herausragende Bedeutung zu. Die Arbeit zeigt auf, dass an die Qualifikation der Lehrkräfte auf diesem Gebiet jedoch keinerlei verpflichtende Anforderungen gestellt werden. Der zweite Hauptteil der Arbeit umfasst die empirische Untersuchung: eine leitfadengestützte Befragung von acht Integrationskurslehrkräften. Die Auswertung der Interviews erfolgte kategorienbasiert mithilfe der inhaltlich strukturierenden qualitativen Inhaltsanalyse nach Kuckartz unter Verwendung von MAX-QDA-Software. Die Befragung zeigt, dass Integrationskurslehrkräften eine außerordentlich hohe interkulturelle Kompetenz abverlangt wird. Einerseits begegnen ihnen im Kurs lernfreudige Frauen, die an Bildung interessiert sind und eine Berufstätigkeit anstreben. Diese Frauen können ihren Bedürfnissen oft nicht in dem gewünschten Maße nachkommen. Gründe sind Mehrfachbelastungen durch Familienaufgaben, Rollenzuschreibungen durch das Familienumfeld aber auch das Fehlen einer wirkungsvollen Unterstützung der deutschen Behörden. Andererseits treffen die Lehrkräfte auf Teilnehmerinnen, die kein Interesse an Bildung und Beruf zeigen und kaum Lernfortschritte machen. Auf die beschriebene Heterogenität sind die Lehrkräfte weder kulturell noch didaktisch-methodisch vorbereitet. Sie meistern die interkulturellen Herausforderungen aufgrund ihrer biographischen Erfahrungen und mithilfe kollegialer Unterstützung. Allerdings wird deutlich, dass eine (selbst-)reflexive Haltung zu interkulturellen Themen, Wissen über die Herkunftskultur der Teilnehmerinnen sowie Kenntnisse zur Methodik der Wertevermittlung nur selten erworben wurden.
Vermehrt wird über den Begriff Gesundheitskompetenz, nicht nur im Gesundheitswesen, sondern auch im beruflichen Umfeld gesprochen. Die Hoffnung, die sich damit verbindet, ist die bewusste, optimierende Beeinflussung des individuellen Gesundheitsverhaltens und damit die Verbesserung der gesundheitlichen Situation der Menschen. Die sogenannte Gesundheitsgesellschaft verändert die Rollen der beteiligten Institutionen und rückt die Verantwortung für Gesundheit auch bei den Arbeitsbedingungen in den Mittelpunkt der Betrachtung. Aus betrieblicher Sicht stellt Gesundheitskompetenz daher ein neues Ziel dar.
Dabei ist eine Einordnung und Abgrenzung zu Begriffen wie Health Literacy oder Gesundheitsförderung und betrieblichen Begriffen wie Betriebliches Gesundheitsmanagement (BGM) oder betriebliche Kompetenzentwicklung vorzunehmen. Ebenso besteht die Notwendigkeit, Gesundheitskompetenz zu identifizieren und mit Blick auf die sehr persönliche, individuelle Gesundheit der Mitarbeitenden die Grenzen der Beeinflussung und der Machbarkeit zu betrachten. Für Organisationen, Betriebe oder Unternehmen - im Lebensraum Arbeit- stellen sich folgende Fragen: Kann eine Entwicklung von Gesundheitskompetenz im Betrieb unterstützt werden? Wie kann der Betrieb die Entwicklung positiv beeinflussen?
Es werden Faktoren aufgezeigt, die eine Entwicklung von Gesundheitskompetenz im Betrieb positiv beeinflussen. Darüber hinaus kann die betriebliche Personalentwicklung durch didaktisch fundierte Angebote die individuelle Entwicklung von Gesundheitskompetenz der Mitarbeiter unterstützen. Hierbei wird insbesondere Bezug genommen auf online-gestützte Lernformate wie Blended Learning oder Social Learning und kollaboratives Arbeiten.
Die Arbeit richtet sich an Führungskräfte, Personalleiter (Human Resources) oder betriebliche Gesundheitsmanager, die sowohl theoretische Hintergründe als auch praktische Umsetzungsmöglichkeiten kennen lernen möchten. Sie eignet sich auch im Rahmen des Changemanagements für die Organisations- und Personalentwicklung, da hier Rahmenbedingungen und Erläuterungen für eine Entwicklung von Gesundheitskompetenz im Betrieb beleuchtet und ausgeführt werden.
Die Arbeit fokussiert sich auf die Frage, ob unter bestimmten individuellen Bedingungen der Lehrkräfte und unter Berücksichtigung der organisationalen Bedingungen, die Implementierung von iPads zu einer Veränderung der Lehr- und Lernprozesse führt, die einen problemorientierten, schülerzentrierten Unterricht favorisieren. Zuerst werden die Potentiale der Informations- und Kommunikationstechnik beschrieben, das „iPad“ vorgestellt und die verschiedenen Unterrichtsformen definiert. Danach werden die einzelnen Bedingungsfaktoren für den iPad-Einsatz auf Individuallevel sowie auf der Ebene der Organisation Schule aufgezählt, die Begrifflichkeiten geklärt und jeweils ein Bezug zur praktischen Umsetzung hergestellt. Anhand der Literatur zu theoretischen und empirischen Arbeiten wird versucht, eine Antwort auf die Frage zu finden, welche Bedingungen für eine qualitativ hochwertige Implementierung von iPads notwendig sind. Abschließend werden diese Innovationsbedingungen kritisch reflektiert und die wichtigsten Erkenntnisse herausgestellt, um den Prozess einer iPad-Implementierung an einer Grundschule anzuregen und Empfehlungen zu einem iPad-Konzept zu geben.
Congress Report 2018.11-12
(2019)
Im Zentrum der Arbeit steht die Sicherung und Stärkung des Selbstbestimmungsrechts von Menschen mit Behinderung in Gesundheitsfragen. Dieses politisch und gesellschaftlich eingeforderte Recht soll in Einrichtungen der Behindertenhilfe durch Professionalisierung der Fachkräfte umgesetzt werden. Hier soll die vorliegende Masterarbeit ansetzen und die Lücke dieser Nachfrage schließen. Sie ist eine theoretische Ausarbeitung eines Kurskonzepts mit Blended Learning, das sich an Fachkräfte richtet und die Schulung zur Nutzung einer Handreichung zur ethischen Reflexion zum Ziel hat. Die Umsetzung des erarbeiteten Kurskonzepts und damit die Implementierung der Handreichung in die Institution ist Aufgabe der betrieblichen Weiterbildung. Dies soll in einem Theorie-Praxis-Transfer aufgezeigt werden. Die zentrale Frage lautet demnach: Wie kann die in der Diakonie Stetten entwickelte Handreichung zur Sicherung und Stärkung des Selbstbestimmungsrechts von Menschen mit
Behinderung unter Berücksichtigung des aktuellen Forschungsstandes mit Blended Learning implementiert werden?
Die Versorgungsaufgaben für Niederspannungsnetze werden sich in den kommenden Jahrzehnten durch die weitere Verbreitung von Photovoltaikanlagen, Wärmepumpenheizungen und Elektroautomobilen gegenüber denen des Jahres 2018 voraussichtlich stark ändern. In der Praxis verbreitete Planungsgrundsätze für den Neubau von Niederspannungsnetzen sind veraltet, denn sie stammen vielfach in ihren Grundzügen aus Zeiten, in denen die neuen Lasten und Einspeisungen nicht erwartet und dementsprechend nicht berücksichtigt wurden. Der Bedarf für neue Planungsgrundsätze fällt zeitlich mit der Verfügbarkeit regelbarer Ortsnetztransformatoren (rONT) zusammen, die zur Verbesserung der Spannungsverhältnisse im Netz eingesetzt werden können. Die hier entwickelten neuen Planungsgrundsätze erfordern für ländliche und vorstädtische Versorgungsaufgaben (nicht jedoch für städtische Versorgungsaufgaben) den rONT-Einsatz, um die hohen erwarteten Leistungen des Jahres 2040 zu geringen Kosten beherrschen zu können. Eine geeignete rONT-Standardregelkennlinie wird angegeben. In allen Fällen werden abschnittsweise parallelverlegte Kabel mit dem Querschnitt 240 mm² empfohlen.
Function of two redox sensing kinases from the methanogenic archaeon Methanosarcina acetivorans
(2019)
MsmS is a heme-based redox sensor kinase in Methanosarcina acetivorans consisting of alternating PAS and GAF domains connected to a C-terminal kinase domain. In addition to MsmS, M. acetivorans possesses a second kinase, MA0863 with high sequence similarity. Interestingly, MA0863 possesses an amber codon in its second GAF domain, encoding for the amino acid pyrrolysine. Thus far, no function of this residue has been resolved. In order to examine the heme iron coordination in both proteins, an improved method for the production of heme proteins was established using the Escherichia coli strain Nissle 1917. This method enables the complete reconstitution of a recombinant hemoprotein during protein production, thereby resulting in a native heme coordination. Analysis of the full-length MsmS and MA0863 confirmed a covalently bound heme cofactor, which is connected to one conserved cysteine residue in each protein. In order to identify the coordinating amino acid residues of the heme iron, UV/vis spectra of different variants were measured. These studies revealed His702 in MsmS and the corresponding His666 in MA0863 as the proximal heme ligands. MsmS has previously been described as a heme-based redox sensor. In order to examine whether the same is true for MA0863, redox dependent kinase assays were performed. MA0863 indeed displays redox dependent autophosphorylation activity, which is independent of heme ligands and only observed under oxidizing conditions. Interestingly, autophosphorylation was shown to be independent of the heme cofactor but rather relies on thiol oxidation. Therefore, MA0863 was renamed in RdmS (redox dependent methyltransferase-associated sensor). In order to identify the phosphorylation site of RdmS, thin layer chromatography was performed identifying a tyrosine as the putative phosphorylation site. This observation is in agreement with the lack of a so-called H-box in typical histidine kinases. Due to their genomic localization, MsmS and RdmS were postulated to form two-component systems (TCS) with vicinal encoded regulator proteins MsrG and MsrF. Therefore, protein-protein interaction studies using the bacterial adenylate two hybrid system were performed suggesting an interaction of RdmS and MsmS with the three regulators MsrG/F/C. Due to these multiple interactions these signal transduction pathways should rather be considered multicomponent system instead of two component systems.
Ranking lists are an essential methodology to succinctly summarize outstanding items, computed over database tables or crowdsourced in dedicated websites. In this thesis, we propose the usage of automatically generated, entity-centric rankings to discover insights in data. We present PALEO, a framework for data exploration through reverse engineering top-k database queries, that is, given a database and a sample top-k input list, our approach, aims at determining an SQL query that returns results similar to the provided input when executed over the database. The core problem consist of finding selection predicates that return the given items, determining the correct ranking criteria, and evaluating the most promising candidate queries first. PALEO operates on subset of the base data, uses data samples, histograms, descriptive statistics, and further proposes models that assess the suitability of candidate queries which facilitate limitation of false positives. Furthermore, this thesis presents COMPETE, a novel approach that models and computes dominance over user-provided input entities, given a database of top-k rankings. The resulting entities are found superior or inferior with tunable degree of dominance over the input set---a very intuitive, yet insightful way to explore pros and cons of entities of interest. Several notions of dominance are defined which differ in computational complexity and strictness of the dominance concept---yet, interdependent through containment relations. COMPETE is able to pick the most promising approach to satisfy a user request at minimal runtime latency, using a probabilistic model that is estimating the result sizes. The individual flavors of dominance are cast into a stack of algorithms over inverted indices and auxiliary structures, enabling pruning techniques to avoid significant data access over large datasets of rankings.
Congress Report 2019.1-4
(2019)
Wine and alcoholic fermentations are complex and fascinating ecosystems. Wine aroma is shaped by the wine’s chemical compositions, in which both microbes and grape constituents play crucial roles. Activities of the microbial community impact the sensory properties of the final product, therefore, the characterisation of microbial diversity is essential in understanding and predicting sensory properties of wine. Characterisation has been challenging with traditional approaches, where microbes are isolated and therefore analyzed outside from their natural environment. This causes a bias in the observed microbial composition structure. In addition, true community interactions cannot be studied using isolates. Furthermore, the multiplex ties between wine chemical and sensory compositions remain evasive due to their multivariate and nonlinear nature. Therefore, the sensorial outcome arising from different microbial communities has remained inconclusive.
In this thesis, microbial diversity during Riesling wine fermentations is investigated with the aim to understand the roles of microbial communities during fermentations and their links to sensory properties. With the advancement of high-throughput tools based ‘omic methods, such as next-generation sequencing (NGS) technologies, it is now possible to study microbial communities and their functions without isolation by culturing. This developing field and its potential to wine community is reviewed in Chapter 1. The standardisation of methods remains challenging in the field. DNA extraction is a key step in capturing the microbial diversity in samples for generating NGS data, therefore, DNA extraction methods are evaluated in Chapter 2. In Chapter 3, machine learning is utilized in guiding raw data mining generated by the untargeted GC-MS analysis. This step is crucial in order to take full advantages of the large scope of data generated by ‘omic methods. These lay a solid foundation for Chapters 4 and 5 where microbial community structures and their outputs - chemical and sensory compositions are studied by using approaches and tools based on multiple ‘omics methods.
The results of this thesis show first that by using novel statistical approaches, it is possible to extract meaningful information from heterogeneous biological, chemical and sensorial data. Secondly, results suggest that the variation in wine aroma, might be related
to microbial interactions taking place not only inside a single community, but also the
IV
interactions between communities, such as vineyard and winery communities. Therefore, the true sensory expression of terroir might be masked by the interaction between two microbial communities, although more work is needed to uncover this potential relationship. Such potential interaction mechanisms were uncovered between non- Saccharomyces yeast and bacteria in this work and unexpected novel bacterial growth was observed during alcohol fermentation. This suggests new layers in understanding of wine fermentations. In the future, multi-omic approaches could be applied to identify biological pathways leading to specific wine aroma as well as investigate the effects upon specific winemaking conditions. These results are relevant not just for the wine industry, but also to other industries where complex microbial networks are important. As such, the approaches presented in this thesis might find widely use in the food industry.
Im Gegensatz zum Übertragungsnetz, dessen Struktur hinreichend genau bekannt ist, sind passende Netzmodelle
für Mittelspannungsnetze (MS-Netze) wegen der hohen Anzahlen der MS-Netze und Verteilnetzbetreiber (VNB)
nur schwer abzubilden. Des Weiteren ist eine detaillierte Darstellung realer MS-Netze in wissenschaftlichen Publikationen
aus datenschutzrechtlichen Gründen meist nicht erwünscht. In dieser Arbeit werden MS-Netzmodelle
sowie ihre Entwicklung im Detail erklärt. Damit stehen erstmals für die Öffentlichkeit nachvollziehbare MS-Netzmodelle
für den deutschsprachigen Raum zur Verfügung. Sie können als Benchmark für wissenschaftliche Untersuchungen
sowie zur Methodenentwicklung verwendet werden.
Der vorliegende Band 6 der Schriftenreihe Wasser Infrastruktur Ressourcen ist als Festschrift der Verabschiedung von Prof. Dr.-Ing. Theo G. Schmitt gewidmet. Theo Schmitt wird im April 2019 nach über 26 Jahren als aktiver Professor an der TU Kaiserslautern in den Ruhestand treten. Er trat im Oktober 1992 als Nachfolger von Karlheinz Jacobitz die Leitung des Fachgebietes Siedlungswasserwirtschaft an der damaligen Universität Kaiserslautern - heute TU Kaiserslautern - an.
Theo Schmitts persönliche Schwerpunkte liegen im Bereich der Siedlungsentwässerung, er lässt sich mitnichten darauf reduzieren. Seine Arbeiten sind geprägt durch die Überzeugung, dass siedlungswasserwirtschaftliche Handlungsstrategien und Lösungskonzepte in die Zukunft gerichtet ‚Wandel und Ungewissheit‘ bedenken müssen. Daraus resultiert u. a. seine große Offenheit gegenüber neuen Herausforderungen und interdisziplinärer Vernetzung von Wissen und Sichtweisen. Schon früh hat das Fachgebiet beispielsweise mit der Technomathematik, der Elektrotechnik und der Informatik im Bereich der künstlichen Intelligenz fachübergreifend zusammen gearbeitet. Die Verzahnung von Ingenieur- und Naturwissenschaften hat häufig unmittelbar über seine MitarbeiterInnen am Fachgebiet stattgefunden. Dadurch ist eine große Breite an bearbeiteten Themen entstanden, die weite Bereiche der Siedlungswasserwirtschaft umfassen, von hydraulischen und stofflichen Fragestellungen zu urbanen Regenwasserabflüssen über den Systemwandel in der Abwasserentsorgung bis hin zu innovativen Verfahren der Abwasserreinigung und Kläranlagen als Regelbaustein der Energiewende. Die insgesamt 14 Beiträge dieser Festschrift belegen diese Vielfalt, die sich insbesondere auch durch den Stil der Offenheit und Vielfältigkeit, mit der Theo Schmitt das Fachgebiet geleitet hat, entwickeln konnte.
Drei Generationen von SiedlungswasserwirtschaftlerInnen, angefangen bei Theo Schmitts Doktorvater Prof. Hermann H. Hahn, bis hin zu ehemaligen Doktorkindern und deren MitarbeiterInnen tragen mit ihren persönlichen Themen zur Festschrift bei. Hermann H. Hahn blickt mit dem Abstand des vor Jahren emeritierten Professors kritisch auf die aktuellen Entwicklungen in der siedlungswasserwirtschaftlichen Forschung. Die weiteren Beiträge promovierter Doktorkinder zeigen die enorme thematische Breite aktueller und abgeschlossener Forschungsprojekte und Doktorarbeiten, die Theo Schmitt initiiert und begleitet hat.
Der etwas ungewöhnlich anmutende Titel dieser Festschrift ‚From K-Town to KOSMOS‘ spielt zum einen auf die von ihm entwickelte Software zur Kontinuierlichen Schmutzfrachtmodellierung (KOSMO) an, die mit seinen modelltechnischen Ansätzen (u. a. hydrodynamischer Simulationskern, Schmutzstoffakkumulation- und Abtrag) seiner Zeit und kommerziellen Lösungen weit voraus war und die ihn bis heute zu dem deutschlandweit gefragten und geschätzten Spezialisten und Problemlöser auf diesem Gebiet macht. Zum anderen hebt der Titel darauf ab, dass Theo Schmitts Expertise in der Siedlungswasserwirtschaft von der TU Kaiserslautern aus nach außen wirkt. Seine von ‚K-Town‘ ausgehenden Arbeiten haben wegweisende Fachbeiträge für Deutschland geliefert und insbesondere das nationale Regelwerk weiter entwickelt. Dies sind hohe Verdienste, die die DWA durch die Verleihung der Max-Prüß-Medaille im Oktober 2018 gewürdigt hat. Seine stets auch auf die globalen Problemstellungen gerichtete Sicht, beispielsweise zum Umgang mit den Folgen des Klimawandels, rechtfertigt schließlich die Erweiterung des Wortspiels zu ‚KOSMOS‘.
Indentation into a metastable austenite may induce the phase transformation to the bcc phase. We study this process using
atomistic simulation. At temperatures low compared to the equilibrium transformation temperature, the indentation triggers the
transformation of the entire crystallite: after starting the transformation, it rapidly proceeds throughout the simulation crystallite.
The microstructure of the transformed sample is characterized by twinned grains. At higher temperatures, around the equilibrium
transformation temperature, the crystal transforms only locally, in the vicinity of the indent pit. In addition, the indenter
produces dislocation plasticity in the remaining austenite. At intermediate temperatures, the crystal continuously transforms
throughout the indentation process.
Cell migration is essential for embryogenesis, wound healing, immune surveillance, and
progression of diseases, such as cancer metastasis. For the migration to occur, cellular
structures such as actomyosin cables and cell-substrate adhesion clusters must interact.
As cell trajectories exhibit a random character, so must such interactions. Furthermore,
migration often occurs in a crowded environment, where the collision outcome is deter-
mined by altered regulation of the aforementioned structures. In this work, guided by a
few fundamental attributes of cell motility, we construct a minimal stochastic cell migration
model from ground-up. The resulting model couples a deterministic actomyosin contrac-
tility mechanism with stochastic cell-substrate adhesion kinetics, and yields a well-defined
piecewise deterministic process. The signaling pathways regulating the contractility and
adhesion are considered as well. The model is extended to include cell collectives. Numer-
ical simulations of single cell migration reproduce several experimentally observed results,
including anomalous diffusion, tactic migration, and contact guidance. The simulations
of colliding cells explain the observed outcomes in terms of contact induced modification
of contractility and adhesion dynamics. These explained outcomes include modulation
of collision response and group behavior in the presence of an external signal, as well as
invasive and dispersive migration. Moreover, from the single cell model we deduce a pop-
ulation scale formulation for the migration of non-interacting cells. In this formulation,
the relationships concerning actomyosin contractility and adhesion clusters are maintained.
Thus, we construct a multiscale description of cell migration, whereby single, collective,
and population scale formulations are deduced from the relationships on the subcellular
level in a mathematically consistent way.
Spatial regression models provide the opportunity to analyse spatial data and spatial processes. Yet, several model specifications can be used, all assuming different types of spatial dependence. This study summarises the most commonly used spatial regression models and offers a comparison of their performance by using Monte Carlo experiments. In contrast to previous simulations, this study evaluates the bias of the impacts rather than the regression coefficients and additionally provides results for situations with a non-spatial omitted variable bias. Results reveal that the most commonly used spatial autoregressive (SAR) and spatial error (SEM) specifications yield severe drawbacks. In contrast, spatial Durbin specifications (SDM and SDEM) as well as the simple SLX provide accurate estimates of direct impacts even in the case of misspecification. Regarding the indirect `spillover' effects, several - quite realistic - situations exist in which the SLX outperforms the more complex SDM and SDEM specifications.
Der Bevölkerungsrückgang in ländlichen Städten und Dörfern stellt die Gemeinden vor erhebliche Herausforderungen im Bereich der Daseinsvorsorge. So ist die Funktionalität leitungsgebundener Infrastrukturen der Abwasserentsorgung im Zuge einer starken, dispersen demographischen Entdichtung der Siedlungen nur mit betrieblichem Mehraufwand bis hin zu baulichen Systemanpassungen zu gewährleisten. Aktuelle Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Klimawandel, wie längere Trockenperioden und immer häufiger und stärker auftretende Niederschlagsereignisse, ein gesteigertes Problembewusstsein zur Endlichkeit kostbarer Ressourcen, wie z.B. Wasser oder Phosphor sowie aktuelle energiepolitische Fragestellungen stellen die zentralisierte Systemkonzeption der kommunalen Abwasserentsorgung in dispersen Siedlungsstrukturen zusätzlich zur Disposition.
Die Bereitstellung, Konzeption, Finanzierung und der Betrieb kommunaler Infrastrukturen ist abhängig von den Bedarfsträgern. Im Zuge weitreichender, dynamischer und motivorientierter Migrationsbewegungen sind gerade ländliche Raumstrukturen von starker Abwanderung, insbesondere jüngerer Kohorten und zusätzlich von Überalterung und hohen Sterbeziffern betroffen. In Abhängigkeit der raumstrukturellen Beschaffenheit einzelner Städte und Dörfer und deren Lage im überörtlichen Sinne, können die Nutzungsmischung, Größe der Siedlungen und ebenso die altersstrukturelle Zusammensetzung der Einwohner sowie die Bevölkerungsdichte erheblich schwanken. Aus der Komposition von Bevölkerung, Raumfunktionen und Infrastrukturen ergeben sich ebenso unterschiedliche demographische Entwicklungsperspektiven, die im Rahmen dieser Arbeit szenariobasiert analysiert werden.
Die auf der de facto-Bevölkerung der ländlichen Modellstädte und -dörfer aufbauenden Demographieszenarien bilden die Basis der weiterführenden Untersuchung der kleinräumigen Auswirkungen auf deren Abwasserentsorgungssysteme. Der Untersuchungsansatz stützt sich auf eine umfassende Daten- und Analysebasis aus dem BMBF-Verbundprojekt SinOptiKom (2016). Die Synthese aus der de facto-Bevölkerung, ihrer Entwicklung durch kohortenspezifisches Migrationsverhalten, ihrer natürlichen Entwicklung sowie der SinOptiKom-Analyseergebnisse, zur Transformation der Abwasserentsorgungssysteme in den Modellgemeinden, bilden die Grundlage für die Ableitung und Diskussion möglicher Transformations- und Konsolidierungsstrategien der Gemeinden.
Den methodischen Schwerpunkt der Untersuchung bildet die szenariobasierte Analyse, mit der sich mögliche zukünftige Entwicklungen im betrachteten Themenfeld sowohl quantitativ als auch graphisch abbilden und durch relevante Akteure der örtlichen, überörtlichen und fachlichen Planung diskutieren lassen, um daraus Handlungsstrategien abzuleiten.
On the Effect of Nanofillers on the Environmental Stress Cracking Resistance of Glassy Polymers
(2019)
It is well known that reinforcing polymers with small amounts of nano-sized fillers is one of the most effective methods for simultaneously improving their mechanical and thermal properties. However, only a small number of studies have focused on environ-mental stress cracking (ESC), which is a major issue for premature failures of plastic products in service. Therefore, the contribution of this work focused on the influence of nano-SiO2 particles on the morphological, optical, mechanical, thermal, as well as envi-ronmental stress cracking properties of amorphous-based nanocomposites.
Polycarbonate (PC), polystyrene (PS) and poly(methyl methacrylate) (PMMA) nanocom-posites containing different amounts and sizes of nano-SiO2 particles were prepared using a twin-screw extruder followed by injection molding. Adding a small amount of nano-SiO2 caused a reduction in optical properties but improved the tensile, toughness, and thermal properties of the polymer nanocomposites. The significant enhancement in mechanical and thermal properties was attributed to the adequate level of dispersion and interfacial interaction of the SiO2 nanoparticles in the polymer matrix. This situation possibly increased the efficiency of stress transfer across the nanocomposite compo-nents. Moreover, the data revealed a clear dependency on the filler size. The polymer nanocomposites filled with smaller nanofillers exhibited an outstanding enhancement in both mechanical properties and transparency compared with nanocomposites filled with larger particles. The best compromise of strength, toughness, and thermal proper-ties was achieved in PC-based nanocomposites. Therefore, special attention to the influ-ence of nanofiller on the ESC resistance was given to PC.
The ESC resistance of the materials was investigated under static loading with and without the presence of stress-cracking agents. Interestingly, the incorporation of nano-SiO2 greatly enhanced the ESC resistance of PC in all investigated fluids. This result was particularly evident with the smaller quantities and sizes of nano-SiO2. The enhancement in ESC resistance was more effective in mild agents and air, where the quality of the deformation process was vastly altered with the presence of nano-SiO2. This finding confirmed that the new structural arrangements on the molecular scale in-duced by nanoparticles dominate over the ESC agent absorption effect and result in greatly improving the ESC resistance of the materials. This effect was more pronounced with increasing molecular weight of PC due to an increase in craze stability and fibril density. The most important and new finding is that the ESC behavior of polymer-based nanocomposites/ stress-cracking agent combinations can be scaled using the Hansen solubility parameter. Thus allowed us to predict the risk of ESC as a function of the filler content for different stress-cracking agents without performing extensive tests. For a comparison of different amorphous polymer-based nanocomposites at a given nano-SiO2 particle content, the ESC resistance of materials improved in the following order: PMMA/SiO2 < PS/SiO2 < low molecular weight PC/SiO2 < high molecular weight PC/SiO2. In most cases, nanocomposites with 1 vol.% of nano-SiO2 particles exhibited the largest improvement in ESC resistance.
However, the remarkable improvement in the ESC resistance—particularly in PC-based nanocomposites—created some challenges related to material characterization because testing times (failure time) significantly increased. Accordingly, the superposition ap-proach has been applied to construct a master curve of crack propagation model from the available short-term tests at different temperatures. Good agreement of the master curves with the experimental data revealed that the superposition approach is a suitable comparative method for predicting slow crack growth behavior, particularly for long-duration cracking tests as in mild agents. This methodology made it possible to mini-mize testing time.
Additionally, modeling and simulations using the finite element method revealed that multi-field modeling could provide reasonable predictions for diffusion processes and their impact on fracture behavior in different stress cracking agents. This finding sug-gests that the implemented model may be a useful tool for quick screening and mitigat-ing the risk of ESC failures in plastic products.
Economics of Downside Risk
(2019)
Ever since establishment of portfolio selection theory by Markowitz (1952), the use of Standard deviation as a measure of risk has heavily been criticized. The aim of this thesis is to refine classical portfolio selection and asset pricing theory by using a downside deviation risk measure. It is defined as below-target semideviation and referred to as downside risk.
Downside efficient portfolios maximize expected payoff given a prescribed upper bound for downside risk and, thus, are analogs to mean-variance efficient portfolios in the sense of Markowitz. The present thesis provides an alternative proof of existence of downside efficient portfolios and identifies a sufficient criterion for their uniqueness. A specific representation of their form brings structural similarity to mean-variance efficient portfolios to light. Eventually, a separation theorem for the existence and uniqueness of portfolios that maximize the trade-off between downside risk and return is established.
The notion of a downside risk asset market equilibrium (DRAME) in an asset market with finitely many investors is introduced. This thesis addresses the existence and uniqueness Problem of such equilibria and specifies a DRAME pricing formula. In contrast to prices obtained from the mean-variance CAPM pricing formula, DRAME prices are arbitrage-free and strictly positive.
The final part of this thesis addresses practical issues. An algorithm that allows for an effective computation of downside efficient portfolios from simulated or historical financial data is outlined. In a simulation study, it is revealed in which scenarios downside efficient portfolios
outperform mean-variance efficient portfolios.
