In the Iranian public media, it was widely reported that by the end of 2004, 380 hectares of the eastern farthest end of the Peninsula Mianqala (northern part of Iran, located in the southeastern coasts of Caspian Sea) were sold to an organisation – the result is that "Asurada" Island will be turned into a so-called “Tourist Village”. The decision has been made and civil works are to begin. The village planned as a new settlement is specifically considered to work with Mianqala, which since June 1976 is an international biosphere reserve and since 1969, an Iranian nature protected area. Considering the special condition of the region as a biosphere reserve, this paper introduces the current situation of the Island Āŝūrāda and the suggested program by the aforementioned organisation. Subsequently, it tries to find an optimal answer to the question of whether "Āŝūrāda" is appropriate for such a purpose and how far it is allowed to be interfered with, through this new settlement. The paper asserts for this development, there is consideration of the settlement’s urban and architectural concept; subsequently analysis is conducted for the spatial development of the settlement, in terms of its influences on the ecological sources, the rural structure and the financial as well as social aspects. Such study is required, particularly due to the chain of tourist influences, which certainly will introduce a new pattern of urban character in terms of quality and quantity. Finally, with the assistance of the case presented, this paper poses the question of whether a new urban pattern like this can endanger a traditional and above all a nature protected context or not.

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

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

Stand und Entwicklungstendenzen des industriellen Risikomanagements

The primary object of this work is the development of a robust, accurate and efficient time integrator for the dynamics of flexible multibody systems. Particularly a unified framework for the computational dynamics of multibody systems consisting of mass points, rigid bodies and flexible beams forming open kinematic chains or closed loop systems is developed. In addition, it aims at the presentation of (i) a focused survey of the Lagrangian and Hamiltonian formalism for dynamics, (ii) five different methods to enforce constraints with their respective relations, and (iii) three alternative ways for the temporal discretisation of the evolution equations. The relations between the different methods for the constraint enforcement in conjunction with one specific energy-momentum conserving temporal discretisation method are proved and their numerical performances are compared by means of theoretical considerations as well as with the help of numerical examples.

Im Rahmen dieser Arbeit ist eine existierende, hochpräzise Mehrachsendrehmaschine untersucht worden. Die Drehmaschine ist durch einen unkonventionellen Aufbau in der Summe als neuartig zu benennen. Vom Üblichen abweichende Führungen (Doppelprismenführungen als berührende Gleitführungen statt Wälzführung oder berührungsfreie Gleitpaarung) werden durch schwingungsanregende Motoren (Schrittmotoren statt Servomotoren) angetrieben. Durch den Einsatz von Schrittmotoren wird die Position der Achsen gesteuert und nicht geregelt, eine Anzeige der Achsstellungen wird nur zur Arbeitserleichterung bei der Einstellung von Referenzpunkten verwendet. Aufgrund der Unkonventionalität des Maschinenaufbaus bestand trotz grundsätzlich nachgewiesener Eignung zu höchst präziser Fertigung Unsicherheit hinsichtlich erreichbarer Oberflächengüte und Formtreue für typische Bearbeitungsaufgaben der Metalloptikherstellung. Die Eignung der Maschine zur Herstellung einer weiteren Kategorie höchst präziser Optikelemente, Gitter oder allgemeiner Mikrostrukturen, wurde in der Vergangenheit zwar immer wieder gefordert, postuliert und teilweise auch nachgewiesen, eine Grenze der auf dieser Maschine möglichen Mikrostrukturgenauigkeiten ist jedoch bisher nicht nachgewiesen worden. Zur Erlangung besserer Planungssicherheit für die Weiterentwicklung und auch tägliche Arbeit mit dieser Maschine wurde eine mathematische Beschreibung inkl. Fehlerbetrachtung der Werkzeugposition in Abhängigkeit der Achsstellungen erstellt. In diese Fehlerbetrachtung fließt mit der praktischen Ausrichtung und Justierung der Maschine ein wichtiger genauigkeitsbestimmender Arbeitsschritt ein. Weitere Fehlerfaktoren, z.B. thermisch induzierte Positionsfehler und Schwingungen, wurden in den auftretenden Wirkungen beobachtet und angegeben. Dieses mathematische Modell und die Fehlerbetrachtung werden auf beispielhafte, typische Bearbeitungsaufgaben aus dem Bereich der Metalloptiken (Spiegel: Planflächen, sphärisch konkave Flächen, asphärisch konkave Flächen) und zusätzlich Gitter als Mikrostrukturierung angewendet. Es wird die aus dem mathematischen Modell abgeleitete Vorhersage erreichbarer Oberflächen / Rauheiten mit den tatsächlich erreichten Werten verglichen. Dieser Vergleich stützt bei Planflächen, Sphären und Asphären das Modell, gleichzeitig kann nur geringes Verbesserungspotential ausgemacht werden. Bei Gittern stützt der Vergleich im Betriebsmodus kontinuierliches Vorschubdrehen ebenfalls das Modell, jedoch kann aus Modell und Praxis Verbesserungspotential durch kleinere Winkelschritte der Antriebsmotoren abgeleitet werden. Die Grenze des Modells wird bei der Gitterherstellung durch nicht kontinuierliches Vorschubdrehen (Burst-Mode, Feuerstoß-Vorschub) aufgezeigt: Diese Betriebsart regt mit harten Stößen die gesamte Maschine zu deutlichen Schwingungen an und überfordert zusätzlich die Gleiteigenschaften der Führungen, so dass entgegen theoretischer Vorhersagen eine deutliche Verschlechterung der Konstanz der Grabenabstände realisiert wird. Die gesammelten Erkenntnisse führen im Kapitel Ausblick zu einer Vielzahl an Verbesserungsmöglichkeiten. Letztendlich wird prinzipbedingt eine Schwäche bei der Mikrostrukturierung nachgewiesen, wodurch sich hier das höchste Verbesserungspotential ableiten lässt. Bei realistischer Betrachtungsweise wird jedoch eine Empfehlung zur Bearbeitung kontinuierlicher Oberflächen erkannt werden. Hier liegt das Verbesserungspotential allerdings vorwiegend in einer Rationalisierung der Programmierung und Achssteuerung für häufig wechselnde Prototypen, also auf wenig wissenschaftlichem Gebiet. Als Fortführung dieser Arbeit wird das Aufstellen und Überprüfen eines thermischen Modells der Maschine empfohlen. Hieraus könnten nicht nur weitere Verbesserungsmöglichkeiten abgeleitet werden, darüber hinaus sind die beim Aufstellen und Überprüfen des thermischen Modells gefundenen Kenntnisse schon jetzt im Bereich der UP-Fertigung wichtig und werden weiter an Bedeutung gewinnen.

Im ersten Teil dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Spin-Label Aminosäure HO3007 (ein Derivat des Alanins, dessen Seitenkette mit dem Spinlabel 2,2,5,5-Tetramethylpyrrolin-nitroxid modifiziert ist) mit der Methode der amber-Suppression in Proteine inkorporiert werden kann. Der Einbau wurde ESR-spektroskopisch nachgewiesen. Dazu wurde eine neue amber-Suppressor tRNA synthetisiert. Am Akzeptorstamm trägt die tRNA die Spin-Label-Aminosäure HO3007, mit ihrem Anticodon erkennt die tRNA das amber Codon. Der Einbau der Aminosäure erfolgte in ein 137 Aminosäuren langes N-terminales Fragment des humanen Mtj1p-Proteins in vitro. Zu diesem Zweck wurde in den in vitro Expressionsvektor pIVEX2.3MCS das Gen für ein 137 Aminosäuren langes N-terminales Fragment des humanen Mtj1p-Proteins einkloniert. Das Gen wurde so mutiert, dass sich an der Position des Codons für die Aminosäure Phe113 (TAC) die amber-Mutation (TAG) befindet. Der neu synthetisierte Vektor trägt die Bezeichnung pIVEX2.3MCSMtj1pN-term. Der Vektor und die amber-Suppressor tRNA wurden in einem E.coli in vitro Translationssystem eingesetzt. Die hohen gebundenen Anteile der anschließend gemessenen ESR-Spektren zeigen, dass die Spin-Label Aminosäure in das nativ gefaltete N-terminale Fragment des Mtj1p-Proteins eingebaut wurde. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass das Substratanalogon 2-N3-2’,3’-SL-ATP auch in der isolierten -Untereinheit der FOF1-ATP-Synthase des thermophilen Bacillus PS3 an die katalytische Bindungsstelle bindet und somit für weitergehende Untersuchungen von Struktur-Funktionsbeziehungen als Reportermolekül geeignet ist. Dazu wurde die isolierte -Untereinheit mit dem Substratanalogon 2-N3-2’,3’-SL-ATP kovalent markiert und anschließend tryptisch verdaut. Die entstandenen Peptidfragmente wurden mittels MALDI-TOF Massenspektrometrie analysiert. Mit Hilfe der MASCOT-Datenbank und der Software BioTools der Fa. Bruker konnte ein Fragment identifiziert werden, bei dem Tyr 341, das sich in der katalytischen Bindungsstelle befindet, mit dem ADP-Derivat von 2-N3-2’,3’-SL-ATP kovalent markiert ist. Einen weiteren Hinweis für die erfolgreiche kovalente Modifizierung der -Untereinheit mit 2-N3-2’,3’-SL-ATP lieferte die Untersuchung des unverdauten Proteins im MALDI-TOF Massenspektrometer. Im Vergleich zum unmodifizierten Protein weist der Peak der modifizierten -Untereinheit ein deutliches Peak-tailing zu höheren Massen auf. Da die Proben vor der Messung entsalzt wurden, spricht diese Beobachtung deutlich für die kovalente Modifizierung des Proteins. Die Ergebnisse dieses Teils der Arbeit beweisen, dass das Substratanalogon 2-N3-2’,3’-SL-ATP auch im Fall der isolierten -Untereinheit an die katalytische Bindungsstelle bindet.

Tropical geometry is a rather new field of algebraic geometry. The main idea is to replace algebraic varieties by certain piece-wise linear objects in R^n, which can be studied with the aid of combinatorics. There is hope that many algebraically difficult operations become easier in the tropical setting, as the structure of the objects seems to be simpler. In particular, tropical geometry shows promise for application in enumerative geometry. Enumerative geometry deals with the counting of geometric objects that are determined by certain incidence conditions. Until around 1990, not many enumerative questions had been answered and there was not much prospect of solving more. But then Kontsevich introduced the moduli space of stable maps which turned out to be a very useful concept for the study of enumerative geometry. A well-known problem of enumerative geometry is to determine the numbers N_cplx(d,g) of complex genus g plane curves of degree d passing through 3d+g-1 points in general position. Mikhalkin has defined the analogous number N_trop(d,g) for tropical curves and shown that these two numbers coincide (Mikhalkin's Correspondence Theorem). Tropical geometry supplies many new ideas and concepts that could be helpful to answer enumerative problems. However, as a rather new field, tropical geometry has to be studied more thoroughly. This thesis is concerned with the ``translation'' of well-known facts of enumerative geometry to tropical geometry. More precisely, the main results of this thesis are: - a tropical proof of the invariance of N_trop(d,g) of the position of the 3d+g-1 points, - a tropical proof for Kontsevich's recursive formula to compute N_trop(d,0) and - a tropical proof of Caporaso's and Harris' algorithm to compute N_trop(d,g). All results were derived in joint work with my advisor Andreas Gathmann. (Note that tropical research is not restricted to the translation of classically well-known facts, there are actually new results shown by means of tropical geometry that have not been known before. For example, Mikhalkin gave a tropical algorithm to compute the Welschinger invariant for real curves. This shows that tropical geometry can indeed be a tool for a better understanding of classical geometry.)

Die vorliegende Arbeit liefert zutreffende zyklische Lastverformungs- und Rissfortschrittsbeziehungen für Trägerverbundfugen mit Kopfbolzendübel 22mm (Durchmesser) anhand derer man in der Lage ist, den Schädigungs- und Lastverformungszustand in einem Verbundträger unter zyklischer Belastung zu bestimmen. Die Modelle wurden auf Grundlage einer hohen Anzahl von weggeregelten Push-Out-Versuchen abgeleitet und an einigen zyklischen Trägerversuchen verifiziert. Mit den gefundenen Zusammenhängen ist es möglich, sehr genaue Lebensdauerprognosen für Kopfbolzendübel in Trägerverbundfugen abzugeben. Weiter wird ein einfaches Bemessungskonzept für Kopfbolzenermüdung vorgeschlagen.

In this thesis diverse problems concerning inflation-linked products are dealt with. To start with, two models for inflation are presented, including a geometric Brownian motion for consumer price index itself and an extended Vasicek model for inflation rate. For both suggested models the pricing formulas of inflation-linked products are derived using the risk-neutral valuation techniques. As a result Black and Scholes type closed form solutions for a call option on inflation index for a Brownian motion model and inflation evolution for an extended Vasicek model as well as for an inflation-linked bond are calculated. These results have been already presented in Korn and Kruse (2004) [17]. In addition to these inflation-linked products, for the both inflation models the pricing formulas of a European put option on inflation, an inflation cap and floor, an inflation swap and an inflation swaption are derived. Consequently, basing on the derived pricing formulas and assuming the geometric Brownian motion process for an inflation index, different continuous-time portfolio problems as well as hedging problems are studied using the martingale techniques as well as stochastic optimal control methods. These utility optimization problems are continuous-time portfolio problems in different financial market setups and in addition with a positive lower bound constraint on the final wealth of the investor. When one summarizes all the optimization problems studied in this work, one will have the complete picture of the inflation-linked market and both counterparts of market-participants, sellers as well as buyers of inflation-linked financial products. One of the interesting results worth mentioning here is naturally the fact that a regular risk-averse investor would like to sell and not buy inflation-linked products due to the high price of inflation-linked bonds for example and an underperformance of inflation-linked bonds compared to the conventional risk-free bonds. The relevance of this observation is proved by investigating a simple optimization problem for the extended Vasicek process, where as a result we still have an underperforming inflation-linked bond compared to the conventional bond. This situation does not change, when one switches to an optimization of expected utility from the purchasing power, because in its nature it is only a change of measure, where we have a different deflator. The negativity of the optimal portfolio process for a normal investor is in itself an interesting aspect, but it does not affect the optimality of handling inflation-linked products compared to the situation not including these products into investment portfolio. In the following, hedging problems are considered as a modeling of the other half of inflation market that is inflation-linked products buyers. Natural buyers of these inflation-linked products are obviously institutions that have payment obligations in the future that are inflation connected. That is why we consider problems of hedging inflation-indexed payment obligations with different financial assets. The role of inflation-linked products in the hedging portfolio is shown to be very important by analyzing two alternative optimal hedging strategies, where in the first one an investor is allowed to trade as inflation-linked bond and in the second one he is not allowed to include an inflation-linked bond into his hedging portfolio. Technically this is done by restricting our original financial market, which is made of a conventional bond, inflation index and a stock correlated with inflation index, to the one, where an inflation index is excluded. As a whole, this thesis presents a wide view on inflation-linked products: inflation modeling, pricing aspects of inflation-linked products, various continuous-time portfolio problems with inflation-linked products as well as hedging of inflation-related payment obligations.

We show the numerical applicability of a multiresolution method based on harmonic splines on the 3-dimensional ball which allows the regularized recovery of the harmonic part of the Earth's mass density distribution out of different types of gravity data, e.g. different radial derivatives of the potential, at various positions which need not be located on a common sphere. This approximated harmonic density can be combined with its orthogonal anharmonic complement, e.g. determined out of the splitting function of free oscillations, to an approximation of the whole mass density function. The applicability of the presented tool is demonstrated by several test calculations based on simulated gravity values derived from EGM96. The method yields a multiresolution in the sense that the localization of the constructed spline basis functions can be increased which yields in combination with more data a higher resolution of the resulting spline. Moreover, we show that a locally improved data situation allows a highly resolved recovery in this particular area in combination with a coarse approximation elsewhere which is an essential advantage of this method, e.g. compared to polynomial approximation.

The present work "Materwave Optics with Dark-state Polaritons: Applications to Interferometry and Quantum Information" deals in a broad sense with the subject of dark-states and in particular with the so-called dark-state polaritons introduced by M. Fleischhauer and M. D. Lukin. The dark-state polaritons can be regarded as a combined excitation of electromagnetic fields and spin/matter-waves. Within the framework of this thesis the special optical properties of the combined excitation are studied. On one hand a new procedure to spatially manipulate and to increase the excitation density of stored photons is described and on the other hand the properties are used to construct a new type of Sagnac Hybrid interferometer. The thesis is devided into four parts. In the introduction all notions necessary to understand the work are described, e.g.: electromagnetically induced transparency (EIT), dark-state polaritons and the Sagnac effect. The second chapter considers the method developed by A. Andre and M. D. Lukin to create stationary light pulses in specially dressed EIT-media. In a first step a set of field equations is derived and simplified by introducing a new set of normal modes. The absorption of one of the normal modes leads to the phenomenon of pulse-matching for the other mode and thereby to a diffusive spreading of its field envelope. All these considerations are based on a homogeneous field setup of the EIT preparation laser. If this restriction is dismissed one finds that a drift motion is superimposed to the diffusive spreading. By choosing a special laser configuration the drift motion can be tailored such that an effective force is created that counteracts the spreading. Moreover, the force can not only be strong enough to compensate the diffusive spreading but also to exceed this dynamics and hence to compress the field envelope of the excitation. The compression can be discribed using a Fokker-Planck equation of the Ornstein-Uhlenbeck type. The investigations show that the compression leads to an excitation of higher-order modes which decay very fast. In the last section of the chapter this exciation will be discussed in more detail and conditions will be given how the excitation of higher-order modes can be avoided or even suppressed. All results given in the chapter are supported by numerical simulatons. In the third chapter the matterwave optical properties of the dark-state polaritons will be studied. They will be used to construct a light-matterwave hybrid Sagnac interferometer. First the principle setup of such an interferometer will be sketched and the relevant equations of motion of light-matter interaction in a rotating frame will be derived. These form the basis of the following considerations of the dark-state polariton dynamics with and without the influence of external trapping potentials on the matterwave part of the polariton. It will be shown that a sensitivity enhancement compared to a passive laser gyroscope can be anticipated if the gaseous medium is initially in a superfluid quantum state in a ring-trap configuration. To achieve this enhancement a simultaneous coherence and momentum transfer is furthermore necessary. In the last part of the chapter the quantum sensitivity limit of the hybrid interferometer is derived using the one-particle density matrix equations incorporating the motion of the particles. To this end the Maxwell-Bloch equations are considered perturbatively in the rotation rate of the noninertial frame of reference and the susceptibility of the considered 3-level \(\Lambda\)-type system is derived in arbitrary order of the probe-field. This is done to determine the optimum operation point. With its help the anticipated quantum sensitivity of the light-matterwave hybrid Sagnac interferometer is calculated at the shot-noise limit and the results are compared to state-of-the-art laser and matterwave Sagnac interferometers. The last chapter of the thesis originates from a joint theoretical and experimental project with the AG Bergmann. This chapter does no longer consider the dark-state polaritons of the last two chapters but deals with the more general concept of dark states and in particular with the transient velocity selective dark states as introduced by E. Arimondo et al. In the experiment we could for the first time measure these states. The chapter starts with an introduction into the concept of velocity selective dark states as they occur in a \(\Lambda\)-configuration. Then we introduce the transient velocity selective dark-states as they occur in an particular extension of the \(\Lambda\)-system. For later use in the simulations the relevant equations of motion are derived in detail. The simulations are based on the solution of the generalized optical Bloch equations. Finally the experimental setup and procedure are explained and the theoretical and experimental results are compared.

Die Arbeit stellt die wissenschaftliche Aufbereitung von 6 Jahren Beratungsarbeit im Rahmen des von der Gesellschaft für technische Zusammenarbeit (GTZ) durchgeführten Projektes „Landmanagement Georgien“ zum Aufbau eines marktwirtschaftlichen Städtebau- und Raumordnungssystems in Georgien dar. Dabei geht es um die grundsätzliche Durchdringung eines komplexen Themenfeldes und den grundlegenden Aufbau einer bislang von westlicher Seite fehlenden Wissenschaftsbasis. In Georgien begannen die Privatisierungen im Jahr 1992: Wohnungen wurden verschenkt, Betriebe (bislang rund 20 Tausend) und sonstige Grundstücke werden verkauft bzw. versteigert. 1994 begann modellhaft für die Hauptstadt Tbilisi die Erstellung von Grundbuch/Kataster, d.h. der Aufbau eines öffentlichen Eigentumssicherungssystems für privaten Grundbesitz. Daher gilt es insbesondere für die bauliche und sonstige Nutzung von privaten Grundstücken verbindliche Spielregeln zu finden. Die Ausführungen konzentrieren sich vom Zielansatz folglich auf das in Georgien unbedingt erforderliche Spektrum von rechtsverbindlichen Mindestvereinbarungen in Form von Gesetzen, Verfahren sowie weichen und harten Instrumenten zur Steuerung der baulichen und gestaltungsrelevanten Bodennutzung im Sinne eines geordneten Städtebaus. Innerhalb dieser Schwerpunktsetzung, d.h. der Auseinandersetzung mit vorhandenen und zu schaffenden städtebaulichen (Rechts)Grundlagen, werden die Schnittstellen und Wechselwirkungen zur Raumordnung sowie zu politischen und administrativen Strukturen aufgezeigt, aber nicht vertieft. Eine Betrachtung des sowjetischen Planungssystems, bei dem es letztendlich auf allen Ebenen nur um die Verwirklichung staatlicher Großprojekte zur Steigerung der volkswirtschaftlichen Bilanz ging, sollen einerseits das schwierige psychische und physiognomische Erbe im Städtebau offen legen und andererseits die Dimension notwendiger Veränderungen bei den Transformationsprozessen verdeutlichen. Anhand einer zielorientierten Beschäftigung mit örtlichen Planungssystemen/-instrumenten in den Ländern Deutschland, Frankreich, Schweiz und Tschechien wird der Frage nachgegangen, welche zentralen Regelungen in der Marktwirtschaft für einen geordneten Städtebau unerlässlich sind. Damit werden generelle Maßstäbe und Leitlinien definiert, die bei der Transformation auf das georgische System kritisch hinterfragt und angepasst werden. Der räumliche Schwerpunkt bildet die Hauptstadt Tbilisi als dominantes Zentrum baulicher Aktivitäten. Darüber hinaus werden die Städte Kutaisi, Gori und Signaghi, jeweils stellvertretend für bestimmte Siedlungstypen/-größen betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass sich der Städtebau in Georgien am Scheideweg befindet. Gesetze sind trotz formaler und inhaltlicher Schwächen vorhanden und leistungsfähig. Jetzt geht es um die Anwendung, eine bedarfsorientierte Instrumentalisierung und vor allem die Beachtung. Eine weitere, enorm wichtige Aufgabe stellt in diesem Zusammenhang die Festigung von Strukturen bei der Wahrnehmung von Planungsabläufen dar. Denn im Sozialismus gab es nur eindimensionale Entscheidungsstrukturen. Heute bestehen vielschichtige Strukturen und Möglichkeiten bei der Abwicklung von Planungsaufgaben. Aber trotz des vielfältigen Handlungsbedarfs konnte im Vergleich zu den benachbarten Kaukasusrepubliken Armenien und Aserbaidschan in Georgien viel erreicht werden. Die Arbeit kann dazu beitragen, die städtebaulichen Prozesse in Georgien scharfkantiger und zielgenauer zu führen. Anderen postsowjetischen Ländern kann sie als Leitfaden bei der Transformation der räumlichen Planungssysteme dienen. Darin liegt ein bedeutender Mehrwert.

Die vorliegende Arbeit stellt die Ergebnisse vor, die unter Einsatz von optischer Molekülspektroskopie und quantenchemischen Berechnungen von Merocyanin-Dimeraggregaten erzielt wurden. Mit Hilfe der UV/Vis-Spektroskopie konnten aus der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Farbstoffe diejenigen mit ausgeprägter Aggregationsneigung identifiziert werden. Für neun positiv getestete Verbindungen wurden konzentrations- und temperaturabhängige UV/Vis-Spektren aufgenommen. Die Auswertung gelang dabei mit einem selbst entwickelten Algorithmus, der neben der Aggregationskonstante auch die reinen Spektren von Monomer und Dimer berechnet. Für eine Serie von acht neuen Merocyaninen wurde eine umfassende Charakterisierung der elektrooptischen Eigenschaften vorgestellt und die Ergebnisse im Hinblick auf deren Anwendung diskutiert. Für zwei weitere Farbstoffe konnte eine Beeinflussung der Dimerisierung durch ein äußeres elektrisches Feld frei von Diskrepanzen bestätigt werden. Implikationen der beobachteten Befunde auf das Design photonischer Materialien mit exzitonisch gekoppelten Dimeren wurden besprochen. Durch die stationären und dynamischen Fluoreszenzmessungen konnte das bislang nur für einen Farbstoff bekannte Phänomen der Emission von H-Typ Dimeren an drei weiteren Merocyaninen nachgewiesen werden. Es gelang eine präzise spektrale Trennung der Teilbeiträge von Monomer und Dimer in Absorption sowie Emission vorzunehmen und damit erstmals den von Kasha[1] 1965 vorhergesagten Relaxationskanal für H-Typ Aggregate in allen Details quantitativ zu belegen. Durch quantenchemische Berechnungen auf MP2-Niveau konnte die Geometrie von sechs Monomeren und Dimeren optimiert und mit Hilfe experimenteller Strukturinformationen verifiziert werden. Auf Basis dieser Geometrien wurden essentielle Eigenschaften vom elektronischen Grund- und Anregungszustand berechnet und damit Übereinstimmungen und Unterschiede zu den Experimenten aufgezeigt. Weiterhin wurde eine Möglichkeit zur Vorhersage der Aggregationsneigung für einen gegebenen Strukturtyp alleine auf Grundlage von quantenchemischen Ergebnissen vorgestellt. Im Hinblick auf die grundlegenden Triebkräfte der Aggregation ergab die Analyse, dass die Dimerisierung im Wesentlichen auf elektrostatischen Dipol-Dipol- und Dispersionswechselwirkungen beruht, daneben aber auch von der Topologie der Chromophore abhängige lokale Wechselwirkungen einen Beitrag leisten.

Ownership Domains generalize ownership types. They support programming patterns like iterators that are not possible with ordinary ownership types. However, they are still too restrictive for cases in which an object X wants to access the public domains of an arbitrary number of other objects, which often happens in observer scenarios. To overcome this restriction, we developed so-called loose domains which abstract over several precise domains. That is, similar to the relation between supertypes and subtypes we have a relation between loose and precise domains. In addition, we simplified ownership domains by reducing the number of domains per object to two and hard-wiring the access permissions between domains. We formalized the resulting type system for an OO core language and proved type soundness and a fundamental accessibility property.

Nowadays piezoelectric and ferroelectric materials are becoming more and more an interesting part of smart materials in scientific and engineering applications. Precision machining in manufacturing, micropositioning in metrology, common rail systems with piezo fuel injection control in automobile industry, and ferroelectric random access memories (FRAM) in microelectromechanical systems (MEMS) besides commercial piezo actuators and sensors can be very good examples for the application of piezoceramic and ferroelectric materials. In spite of having good characteristics, piezoelectric and ferroelectric materials have significant nonlinearities, which limit the applications in high performance usage. Domain switching (ferroelastic or ferroelectric) is the main reason for the nonlinearity of ferroelectric materials. External excessive electromechanical loads (mechanical stress and electric field) are driving forces for domain switching. In literature, various important experiments related to the non-linear properties of piezoelectric and ferroelectric materials are reported. Simulations of nonlinear properties of piezoelectric and ferroelectric materials based on physical insights of the material have been performed during the last two decades by using micromechanical and phenomenological models. The most significant experiments and models are deeply discussed in the literature survey. In this thesis the nonlinear behaviour of tetragonal perovskite type piezoceramic materials is simulated theoretically using two and three dimensional micromechanical models which are based on physical insights of the material. In the simulations a bulk piezoceramic material which has numerous grains is considered. Each grain has random orientation in properties of polarization and strain. Randomness of orientations is given by Euler angles equally distributed between \(0\) and \(2\pi\). Each element in the micromechanical model has been assumed to have the same properties of the real piezoelectric grain. In the first part of the simulations, quasi-static characteristics of piezoelectric materials are investigated by applying cyclic, rate independent, bipolar, uni-axial and external electrical loading with an amplitude of 2 kV/mm gradually starting from zero value in virgin state. Moreover, the simulations are undertaken for these materials which are subjected to quasi-static, uni-polar, uni-axial mechanical stress, namely compressive stress. The calculations are performed at each element based on linear constitutive equations, nonlinear domain switching and a probability theory for domain switching. In order to fit the simulations to the experimental data, some parameters such as spontaneous polarization, spontaneous strain, piezoelectric and dielectric constants are chosen from literature. The domain switching of each grain is determined by an electromechanical energy criterion. Depending on the actual energy related to a critical energy a certain probability is introduced for domain switching of the polarization direction. Same energy levels are assumed in the electromechanical energy relation for different types of domain switching like 90º and 180º for perovskite type tetragonal or 70.5º and 109.5º for rhombohedral microstructures. It is assumed that intergranular effects between grains can be modelled by such probability functions phenomenologically. The macroscopic response of the material to the applied electromechanical loading is calculated by using Euler transformations and averaging the individual grains. Properties of piezoelectric materials under fixed mechanical stresses are also investigated by applying constant compressive stress in addition to cyclic electrical loading in the simulations. Compressive stress is applied and kept constant before cyclic bipolar electrical loading is implemented. In the following chapters, a three-dimensional micromechanical model is extended for the simulation of the rate dependent properties of certain perovskite type tetragonal piezoelectric materials. The frequency dependent micromechanical model is now not only based on linear constitutive and nonlinear domain switching but also linear kinetics theories. The material is loaded both electrically and mechanically in separate manner with an alternating electrical voltage and mechanical stress values of various moderate frequencies, which are in the order of 0.01 Hz to 1 Hz. Electromechanical energy equation in combination with a probability function is again used to determine the onset of the domain switching inside the grains. The propagation of the domain wall during the domain switching process in grains is modelled by means of linear kinetics relations after a new domain nucleates. Electric displacement versus electric field hysteresis loops, mechanical strain versus mechanical stress and electric displacement versus mechanical stress for different frequencies and amplitudes of the alternating electric fields and compressive stresses are simulated and presented. A simple micromechanical model without using probabilistic approach is compared with the one that takes it into account. Both models give important insights into the rate dependency of piezoelectric materials, which was observed in some experiments reported in the literature. Intergranular effects are other significant factors for nonlinearities of polycrystalline ferroelectric materials. Even piezoelectric actuators and sensors show nonlinearities when they are operated with electrical loading, which is much lower than the coercive electric field level. Intergranular effects are the main cause of such small hysteresis loops. In the corresponding chapter, two basic field effects which are electrical and mechanical are taken into account for the consideration of intergranular effects micromechanically in the simulations of the two dimensional model. Therefore, a new electromechanical energy equation for the threshold of domain switching is introduced to explain nonlinearities stemming from both domain switching and intergranular effects. The material parameters like coercive electric field and critical spontaneous polarization or strain quantities are not implemented in the electromechanical energy relation. But, this relation contains new parameters which consider both mechanical and electrical field characteristics of neighbouring elements. By using this new model, mechanical strain versus electric field butterfly curves under small electrical loading conditions are also simulated. Hence, a rate dependent concept is applied in butterfly curves by means of linear kinetics model. As a result, the simulations have better matching with corresponding experiments in literature. In the next step, the model can be extended in three dimensional case and the parameters of electromechanical energy relation can be improved in order to get better simulations of nonlinear properties of polycrystalline piezoelectric materials.

The new international capital standard for credit institutions (“Basel II”) allows banks to use internal rating systems in order to determine the risk weights that are relevant for the calculation of capital charge. Therefore, it is necessary to develop a system that enfolds the main practices and methods existing in the context of credit rating. The aim of this thesis is to give a suggestion of setting up a credit rating system, where the main techniques used in practice are analyzed, presenting some alternatives and considering the problems that can arise from a statistical point of view. Finally, we will set up some guidelines on how to accomplish the challenge of credit scoring. The judgement of the quality of a credit with respect to the probability of default is called credit rating. A method based on a multi-dimensional criterion seems to be natural, due to the numerous effects that can influence this rating. However, owing to governmental rules, the tendency is that typically one-dimensional criteria will be required in the future as a measure for the credit worthiness or for the quality of a credit. The problem as described above can be resolved via transformation of a multi-dimensional data set into a one-dimensional one while keeping some monotonicity properties and also keeping the loss of information (due to the loss of dimensionality) at a minimum level.

We consider optimal design problems for semiconductor devices which are simulated using the energy transport model. We develop a descent algorithm based on the adjoint calculus and present numerical results for a ballistic diode. Further, we compare the optimal doping profile with results computed on basis of the drift diffusion model. Finally, we exploit the model hierarchy and test the space mapping approach, especially the aggressive space mapping algorithm, for the design problem. This yields a significant reduction of numerical costs and programming effort.

Das antioxidative Potenzial eines roten Mehrfruchtsaftes mit hohem Anthocyan-/Polyphenolanteil wurde in zwei humanen Interventionsstudien mit Biomarkern oxidativer Zellschädigung und Zellantwort charakterisiert. Ergänzend wurden ein Mehrfruchtsaftextrakt (ME) und ausgewählte potentiell antioxidativ wirksame Mehrfruchtsaftinhaltsstoffe (Anthocyane) in in vitro-Experimenten untersucht. In einer Interventionsstudie nahmen 18 männliche Probanden nach einer 3-wöchigen Run-in-Phase über vier Wochen täglich 700 mL eines anthocyanreichen Mischfruchtsaftes (TEAC 19,1 mmol/L Trolox) auf. Anschließend folgte eine 3-wöchige Wash-out-Phase ohne Saftaufnahme. Neun der 18 Probanden nahmen zusätzlich an einer zweiten Interventionsstudie mit identischem Design teil, jedoch unter Verwendung eines Kontrollsaftes, in dem die phenolische Fraktion weitgehend technologisch entfernt wurde. Wöchentliche wurde Blut entnommen zur Bestimmung der Biomarker (oxidative) DNA-Schädigung, Lipidperoxidationsprodukte Malondialdehyd, Thiobarbitursäure-reaktive Substanzen und Isoprostane (Urin), Glutathionspiegel/-status und DNA-Bindungsaktivität des Transkriptionsfaktors NFkappaB. Ergänzend wurden die Konzentrationen der Carotinoide und des alpha-Tocopherols in Plasma bestimmt. In den in vitro-Experimenten kam ein zweistufiges Inkubationsprotokoll in humanen Blut- bzw. Kolonzelllinien (Jurkat, Caco-2) zur Anwendung: basierend auf einer 24 h bzw. 1 h Behandlung mit phenolischem Antioxidans, gefolgt von einer Induktion von oxidativem Stress (durch Menadion, 1 h bzw. tert-Butylhydroperoxid, 40 min), um eine pathologische in vivo Situation nachzustellen. Untersucht wurde neben der zellfreien Bestimmung der antioxidativen Kapazität (TEAC), die Modulation (oxidativer) DNA-Schädigung und des ROS-Levels in der Zelle. Die Ergebnisse der Interventionsstudie mit Mehrfruchtsaft zeigten eine signifikante Abnahme oxidativer DNA-Schäden (p< 0,0005), Zunahme des tGSH-Spiegels (p< 0,0005) und Anstieg des Glutathionstatus (p< 0,05) während der 4-wöchigen Saftaufnahme im Vergleich zu den 3-wöchigen Run-in-/Wash-out-Phasen. Eine signifikante Abnahme der Lipidperoxidation dagegen wurde nicht beobachtet. Es zeigte sich lediglich eine deutliche Tendenz zu einer Abnahme der Isoprostangehalte während der Saftaufnahme. Eine Verringerung der DNA-Bindungsaktivität von NFkappaB durch Saft war nicht nachweisbar. Die Plasmagehalte der Carotinoide und des alpha-Tocopherols, als mögliche und bekanntermaßen antioxidativ wirksame Substanzen, blieben während aller Interventionsphasen unverändert. Für die beobachteten protektiven Effekte scheinen die phenolischen Substanzen des Mehrfruchtsaftes verantwortlich zu sein, da in der Studie mit Kontrollsaft keine Reduktion von oxidativen Schäden nachgewiesen werden konnte. Der ME zeigte eine ausgeprägte antioxidative Kapazität (4,64 mM Trolox) im zellfreien Testsystem. Der zelluläre ROS-Level wurde in vitro durch den Extrakt (bei 100-250 µg/mL) signifikant verringert (p< 0,05). Oxidative DNA-Schäden in Jurkat-/Caco-2-Zellen wurden durch den Extrakt nicht signifikant vermindert; es zeigte sich lediglich die Tendenz einer protektiven Wirkung (bei 10 µg/mL). Von den vergleichend in Jurkat-Zellen getesteten Anthocyanidinen zeigten Malvidin und Delphinidin nach 24 h Inkubation kein Potenzial zur Verringerung von DNA-Schäden. Bei einstündiger Antioxidansbehandlung dagegen, konnte ein einheitlicher Trend einer protektiven Modulation (bei 10-100 µM) beobachtet werden. Zusammenfassend besitzt der flavonoid/polyphenolreiche rote Mischfruchtsaft ein eindeutiges Potential zur Verringerung oxidativer Zellschädigung in gesunden Probanden. Dieses geht, begründet aus den Ergebnissen der Saft-/Kontrollsaftstudie, vermutlich auf die phenolische Fraktion des Saftes zurück. Aufgrund der in vitro erhaltenen Daten kann die antioxidative Wirksamkeit jedoch nicht maßgeblich auf die untersuchte Substanzgruppe der Anthocyane zurückgeführt werden. Dies legt nahe, dass auch bisher nicht charakterisierte Substanzen/Stoffgruppen einen Beitrag zu der antioxidativen Wirksamkeit leisten.

* naive examples which show drawbacks of discrete wavelet transform and windowed Fourier transform; * adaptive partition (with a 'best basis' approach) of speech-like signals by means of local trigonometric bases with orthonormal windows. * extraction of formant-like features from the cosine transform; * further proceedingings for classification of vowels or voiced speech are suggested at the end.

This paper presents a method for approximating spherical functions from discrete data of a block-wise grid structure. The essential ingredients of the approach are scaling and wavelet functions within a biorthogonalisation process generated by locally supported zonal kernel functions. In consequence, geophysically and geodetically relevant problems involving rotation-invariant pseudodifferential operators become attackable. A multiresolution analysis is formulated enabling a fast wavelet transform similar to the algorithms known from one-dimensional Euclidean theory.

Die Arbeit beschäftigt sich mit den Charakteren des Normalisators und des Zentralisators eines Sylowtorus. Dabei wird jede Gruppe G vom Lie-Typ als Fixpunktgruppe einer einfach-zusammenhängenden einfachen Gruppe unter einer Frobeniusabbildung aufgefaßt. Für jeden Sylowtorus S der algebraischen Gruppe wird gezeigt, dass die irreduziblen Charaktere des Zentralisators von S in G sich auf ihre Trägheitsgruppe im Normalisator von S fortsetzen. Diese Fragestellung entsteht aus dem Studium der Höhe 0 Charaktere bei endlichen reduktiven Gruppen vom Lie-Typ im Zusammenhang mit der McKay-Vermutung. Neuere Resultate von Isaacs, Malle und Navarro führen diese Vermutung auf eine Eigenschaft von einfachen Gruppen zurück, die sie dann für eine Primzahl gut nennen. Bei Gruppen vom Lie-Typ zeigt das obige Resultat zusammen mit einer aktuellen Arbeit von Malle einige dabei wichtige und notwendige Eigenschaften. Anhand der Steinberg-Präsentation werden vor allem bei den klassischen Gruppen genauere Aussagen über die Struktur des Zentralisators und des Normalisators eines Sylowtorus bewiesen. Wichtig dabei ist die von Tits eingeführte erweiterte Weylgruppe, die starke Verbindungen zu Zopfgruppen besitzt. Das Resultat wird in zahlreichen Einzelfallbetrachtungen gezeigt, bei denen in dieser Arbeit bewiesene Vererbungsregeln von Fortsetzbarkeitseigenschaften benutzt werden.

Wetting of a solid surface with liquids is an important parameter in the chemical engineering process such as distillation, absorption and desorption. The degree of wetting in packed columns mainly contributes in the generating of the effective interfacial area and then enhancing of the heat and mass transfer process. In this work the wetting of solid surfaces was studied in real experimental work and virtually through three dimensional CFD simulations using the multiphase flow VOF model implemented in the commercial software FLUENT. That can be used to simulate the stratified flows [1]. The liquid rivulet flow which is a special case of the film flow and mostly found in packed columns has been discussed. Wetting of a solid flat and wavy metal plate with rivulet liquid flow was simulated and experimentally validated. The local rivulet thickness was measured using an optically assisted mechanical sensor using a needle which is moved perpendicular to the plate surface with a step motor and in the other two directions using two micrometers. The measured and simulated rivulet profiles were compared to some selected theoretical models founded in the literature such as Duffy & Muffatt [2], Towell & Rothfeld [3] and Al-Khalil et al. [4]. The velocity field in a cross section of a rivulet flow and the non-dimensional maximum and mean velocity values for the vertical flat plate was also compared with models from Al-Khalil et al. [4] and Allen & Biggin [5]. Few CFD simulations for the wavy plate case were compared to the experimental findings, and the Towel model for a flat plate [3]. In the second stage of this work 3-D CFD simulations and experimental study has been performed for wetting of a structured packing element and packing sheet consisting of three elements from the type Rombopak 4M, which is a product of the company Kuhni, Switzerland. The hydrodynamics parameters of a packed column, e. i. the degree of wetting, the interfacial area and liquid hold-up have been depicted from the CFD simulations for different liquid systems and liquid loads. Flow patterns on the degree of wetting have been compared to that of the experiments, where the experimental values for the degree of wetting were estimated from the snap shooting of the flow on the packing sheet in a test rig. A new model to describe the hydrodynamics of packed columns equipped with Rombopak 4M was derived with help of the CFD–simulation results. The model predicts the degree of wetting, the specific or interfacial area and liquid hold-up at different flow conditions. This model was compared to Billet & Schultes [6], the SRP model Rocha et al. [7-9], to Shi & Mersmann [10] and others. Since the pressure drop is one of the most important parameter in packed columns especially for vacuum operating columns, few CFD simulations were performed to estimate the dry pressure drop in a structured and flat packing element and were compared to the experimental results. It was found a good agreement from one side, between the experimental and the CFD simulation results, and from the other side between the simulations and theoretical models for the rivulet flow on an inclined plate. The flow patterns and liquid spreading behaviour on the packing element agrees well with the experimental results. The VOF (Volume of Fluid) was found very sensitive to different liquid properties and can be used in optimization of the packing geometries and revealing critical details of wetting and film flow. An extension of this work to perform CFD simulations for the flow inside a block of the packing to get a detailed picture about the interaction between the liquid and packing surfaces is recommended as further perspective.

Traffic flow on road networks has been a continuous source of challenging mathematical problems. Mathematical modelling can provide an understanding of dynamics of traffic flow and hence helpful in organizing the flow through the network. In this dissertation macroscopic models for the traffic flow in road networks are presented. The primary interest is the extension of the existing macroscopic road network models based on partial differential equations (PDE model). In order to overcome the difficulty of high computational costs of PDE model an ODE model has been introduced. In addition, steady state traffic flow model named as RSA model on road networks has been dicsussed. To obtain the optimal flow through the network cost functionals and corresponding optimal control problems are defined. The solution of these optimization problems provides an information of shortest path through the network subject to road conditions. The resulting constrained optimization problem is solved approximately by solving unconstrained problem invovling exact penalty functions and the penalty parameter. A good estimate of the threshold of the penalty parameter is defined. A well defined algorithm for solving a nonlinear, nonconvex equality and bound constrained optimization problem is introduced. The numerical results on the convergence history of the algorithm support the theoretical results. In addition to this, bottleneck situations in the traffic flow have been treated using a domain decomposition method (DDM). In particular this method could be used to solve the scalar conservation laws with the discontinuous flux functions corresponding to other physical problems too. This method is effective even when the flux function presents more than one discontinuity within the same spatial domain. It is found in the numerical results that the DDM is superior to other schemes and demonstrates good shock resolution.

Das Ziel dieser Arbeit lag in der Aufklärung zellulärer Wirkmechanismen von Apfelpolyphenolen und deren möglicher Relevanz im Hinblick auf die Chemoprävention, insbesondere des kolorektalen Karzinoms. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass polyphenolreiche Apfelextrakte in vitro das Wachstum der humanen Kolonkarzinomzelllinie HT29 hemmen, wobei die Induktion von Apoptose eine Rolle zu spielen scheint. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass polyphenolreiche Apfelsaftextrakte modulierend in Signalübertragungswege eingreifen, die wesentlich sind für die Regulation von Zellwachstum und Differenzierung. In erster Linie zeichnen sich dabei Effekte auf wachstumsfaktorvermittelte Signalwege ab. Als herausragende Wirkqualität des polyphenolreichen Apfelsaftextraktes AE02 bzw. des Apfeltresterextraktes AE03B ist ihre hocheffektive Hemmung der Proteintyrosinkinase (PTK)-Aktivität des epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors (EGFR) zu nennen. Anhand von Untersuchungen zur Modulation des Phosphorylierungsstatus (als ein Maß für die Aktivität des EGFR) konnte gezeigt werden, dass die Hemmwirkung des AE02 nicht limitiert ist auf den isolierten EGFR, sondern auch in intakten Zellen zum Tragen kommt. Insgesamt zeigte sich allerdings, dass die bislang in Apfelextrakten identifizierten Inhaltsstoffe alleine bzw. in der Summe nur marginal sowohl zur Wachstumshemmung als auch zur Hemmung des EGFR beitragen. Oligomere Procyanidine dagegen erwiesen sich als hoch potente Hemmstoffe der PTK-Aktivität des isolierten EGFR. Die Proteinkinase C (PKC)-Isoenzymfamilie spielt ebenfalls eine Schlüsselrolle bei der Regulation von Wachstumsprozessen. In dieser Arbeit wurde der Frage nachgegangen, ob Apfelpolyphenole die PKC-Aktivität im Kolon beeinflussen. Dafür wurden humane Kolonkarzinomzellen im Vergleich zu primären humanen Enterozyten (Biopsie) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die PKC-Aktivität nicht transformierter humaner Enterozyten als auch humaner Kolonkarzinomzellen durch Apfelpolyphenole gehemmt wird. Der Apfelsaftextrakt AE02 konnte als Hemmstoff der isolierten zytosolischen PKC-Aktivität von HT29-Zellen charakterisiert werden. Eine 24-stündige serumfreie Inkubation von HT29-Zellen mit AE02 führt zu einer Hemmung der zytosolischen PKC-Aktivität; sogar in geringeren Konzentrationen im Vergleich zur Hemmwirkung an isolierter PKC. Dies könnte auf einer Hemmung PKC-vorgeschalteter Signalelemente beruhen, die so den hemmenden Effekt von AE02 auf die PKC-Aktivität verstärken könnten. Jedoch zeigte sich nach 24-stündiger Inkubation von HT29-Zellen ein U-förmiger Kurvenverlauf mit einem Anstieg der PKC-Aktivität in hohen Konzentrationen. Nachdem keine PKC-Aktivierung bei Zugabe von Apfelpolyphenolen zu isolierten Enzympräparationen zu beobachten war, kann eine direkte substanzvermittelte Aktivierung ausgeschlossen werden. Die Caspase-3-Aktivierung und die DNA-Fragmentierung, als Merkmale apoptotischer Prozesse; sowie der gezeigte Wiederanstieg des Gesamtproteingehaltes an proapoptotischer PKCdelta nach 24-stündiger Zellinkubation mit AE02 deuten darauf hin, dass die PKC-Aktivierung intermediär als Teil des apoptotischen Prozesses auftritt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass der polyphenolreiche Apfelsaftextrakt AE02 potent die isolierte, aus humanen Kolonkarzinomzellen immunopräzipitierte, GSK3beta, einem Schlüsselenzym des Wnt-Signalweges, in seiner Aktivität hemmt. Auch in intakten Zellen führt die Inkubation (24 h) von HT29-Zellen mit Apfelpolyphenolen zu einer signifikanten konzentrationsabhängigen Hemmung der zellulären GSK3beta-Aktivität. Damit einher geht die signifikante Abnahme an phosphoryliertem beta-Catenin. Gleichzeitig nimmt unerwarteterweise der Gehalt an Gesamt-beta-Catenin ebenfalls ab. Die Ergebnisse weisen somit darauf hin, dass der polyphenolreiche Apfelsaftextrakt AE02 in humanen Kolonkarzinomzellen keinen Wachstumsstimulus über den Wnt-Signalweg induziert und aufgrund der Reduktion der Expression von beta-Catenin eher antiproliferative Effekte des AE02 zu erwarten sind. Zusammenfassend ist festzustellen, dass Apfelpolyphenole in/unterhalb von Polyphenolkonzentrationen polyphenolreicher Apfelsäfte (z. B. 500 mg/l im Projektsaft AS02), in vitro in Signaltransduktionskaskaden eingreifen, die mit der Entstehung kolorektaler Karzinome assoziiert werden.