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

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

The growing computational power enables the establishment of the Population Balance Equation (PBE) to model the steady state and dynamic behavior of multiphase flow unit operations. Accordingly, the twophase flow behavior inside liquid-liquid extraction equipment is characterized by different factors. These factors include: interactions among droplets (breakage and coalescence), different time scales due to the size distribution of the dispersed phase, and micro time scales of the interphase diffusional mass transfer process. As a result of this, the general PBE has no well known analytical solution and therefore robust numerical solution methods with low computational cost are highly admired. In this work, the Sectional Quadrature Method of Moments (SQMOM) (Attarakih, M. M., Drumm, C., Bart, H.-J. (2009). Solution of the population balance equation using the Sectional Quadrature Method of Moments (SQMOM). Chem. Eng. Sci. 64, 742-752) is extended to take into account the continuous flow systems in spatial domain. In this regard, the SQMOM is extended to solve the spatially distributed nonhomogeneous bivariate PBE to model the hydrodynamics and physical/reactive mass transfer behavior of liquid-liquid extraction equipment. Based on the extended SQMOM, two different steady state and dynamic simulation algorithms for hydrodynamics and mass transfer behavior of liquid-liquid extraction equipment are developed and efficiently implemented. At the steady state modeling level, a Spatially-Mixed SQMOM (SM-SQMOM) algorithm is developed and successfully implemented in a onedimensional physical spatial domain. The integral spatial numerical flux is closed using the mean mass droplet diameter based on the One Primary and One Secondary Particle Method (OPOSPM which is the simplest case of the SQMOM). On the other hand the hydrodynamics integral source terms are closed using the analytical Two-Equal Weight Quadrature (TEqWQ). To avoid the numerical solution of the droplet rise velocity, an analytical solution based on the algebraic velocity model is derived for the particular case of unit velocity exponent appearing in the droplet swarm model. In addition to this, the source term due to mass transport is closed using OPOSPM. The resulting system of ordinary differential equations with respect to space is solved using the MATLAB adaptive Runge–Kutta method (ODE45). At the dynamic modeling level, the SQMOM is extended to a one-dimensional physical spatial domain and resolved using the finite volume method. To close the mathematical model, the required quadrature nodes and weights are calculated using the analytical solution based on the Two Unequal Weights Quadrature (TUEWQ) formula. By applying the finite volume method to the spatial domain, a semi-discreet ordinary differential equation system is obtained and solved. Both steady state and dynamic algorithms are extensively validated at analytical, numerical, and experimental levels. At the numerical level, the predictions of both algorithms are validated using the extended fixed pivot technique as implemented in PPBLab software (Attarakih, M., Alzyod, S., Abu-Khader, M., Bart, H.-J. (2012). PPBLAB: A new multivariate population balance environment for particulate system modeling and simulation. Procedia Eng. 42, pp. 144-562). At the experimental validation level, the extended SQMOM is successfully used to model the steady state hydrodynamics and physical and reactive mass transfer behavior of agitated liquid-liquid extraction columns under different operating conditions. In this regard, both models are found efficient and able to follow liquid extraction column behavior during column scale-up, where three column diameters were investigated (DN32, DN80, and DN150). To shed more light on the local interactions among the contacted phases, a reduced coupled PBE and CFD framework is used to model the hydrodynamic behavior of pulsed sieve plate columns. In this regard, OPOSPM is utilized and implemented in FLUENT 18.2 commercial software as a special case of the SQMOM. The dropletdroplet interactions (breakage and coalescence) are taken into account using OPOSPM, while the required information about the velocity field and energy dissipation is calculated by the CFD model. In addition to this, the proposed coupled OPOSPM-CFD framework is extended to include the mass transfer. The proposed framework is numerically tested and the results are compared with the published experimental data. The required breakage and coalescence parameters to perform the 2D-CFD simulation are estimated using PPBLab software, where a 1D-CFD simulation using a multi-sectional gird is performed. A very good agreement is obtained at the experimental and the numerical validation levels.

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

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