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Institute for Language and Speech Processing 38

Attitudes towards culturally-ethnically heterogeneous groups of students and its meaning for individualized differentiated instruction in classroom context

Einstellungen und Motivation bezogen auf kulturell-ethnisch heterogene Schülerinnen- und Schülergruppen und ihre Bedeutung für differenzielle Instruktion im Unterricht

The present paper deals with the question to what extent aspects of the professional competence of teachers are important for diversity-sensitive teaching. It focuses on teachers’ attitudes and motivational orientation toward cultural-ethnic diversity and their impact on individualized differential teaching. Data of N = 250 teachers are examined using structural equation models and gender-specific differences are examined using multi-group structural equation models. The results indicate that attitudes and motivational orientations of teachers are important for diversity-sensitive teaching. An examination of gender-specific differences for the correlation patterns found showed only minor differences. The results highlight the importance of professional competence of teachers for diversity-sensitive teaching and are discussed with regard to their implications for research and practice.

Der Beitrag widmet sich der Frage, inwieweit Aspekte der professionellen Kompetenz von Lehrkräften von Bedeutung für einen diversitätssensiblen Unterricht sind. Der Fokus liegt dabei auf Einstellungen und motivationaler Orientierung von Lehrkräften und untersucht die Bedeutsamkeit für einen differenziellen Unterricht im Kontext kulturell-ethnischer Diversität. Daten von N = 250 Lehrkräften wurden anhand von Strukturgleichungsmodellen analysiert sowie geschlechtsspezifische Unterschiede anhand von Mehrgruppenstrukturgleichungsmodellen geprüft. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass Einstellungen und motivationale Orientierung von substanzieller Relevanz für eine diversitätssensible Unterrichtsgestaltung sind. Eine Prüfung geschlechtsspezifischer Differenzen für die gefundenen Zusammenhangsmuster zeigen nur geringe Unterschiede. Die Ergebnisse heben die Bedeutung der professionellen Kompetenz von Lehrkräften für diversitätssensiblen Unterricht hervor und werden hinsichtlich ihrer Implikation für Forschung und Praxis diskutiert.

Learning in network structures

Lernen in Netzwerkstrukturen

Searches for new physics with neutrino oscillations in the high precision era

In this thesis we explore several new physics models and their implications on current neutrino oscillation experiments. In particular we develop a novel model-independent method to analyze the CP violation in neutrino oscillations, based on the unitarity constraints for the leptonic mixing matrix. We can show that current experiments like T2K or NOvA have su cient sensitivity to restrict new physics models signi cantly. The inclusion of matter e ects into this new approach leads to new challenges, that are studied in more detail. Additionally we analyzes the impact of a light sterile neutrino on the determination of the mass hierarchy at the JUNO experiment. We also propose the rst stringent model that can explain all current neutrino oscillation anomalies and is consistent with atmospheric and accelerator based neutrino experiments.

Die vorliegende Dissertation behandelt den Einfluss neuer Physik auf die Messungen aktueller Neutrino-Oszillations-Experimente. Insbesondere wird eine neue modellunabhängige Methode zur Analyse der CP-Verletzung in Neutrino Oszillationen entwickelt, die auf Unitaritäts-Argumenten beruht. Es wird gezeigt, dass aktuelle Experimente wie T2K oder NOvA in der Lage sind, den Parameter-Bereich für viele Modelle stark einzuschränken. Durch Einbeziehen der Materie-Effekte in diese neue Methode ergeben sich zahlreiche Herausforderungen, die tiefgehender behandelt werden. Außerdem wird der Einfluss eines leichten sterilen Neutrinos auf die Bestimmung der Massen-Hierarchie beim JUNO Experiment untersucht. Zusätzlich wird das erste stringente Modell entwickelt, das alle aktuellen Anomalien im Neutrino Bereich erklären kann und gleichzeitig konsistent ist mit Messungen von atmosphärischen Neutrinos und Neutrinos aus Beschleuniger-Experimenten.

Two-stage methods for multimodal optimization

For many practical optimization problems it seems advisable to seek not only a single optimal solution, but a diverse set of good solutions. The rationale behind this opinion is that a decision maker may want to consider additional criteria, which are not included in the optimization problem itself. Reasons for not including them are for example that the expert knowledge constituting the additional criteria has not been formalized or that the evaluation of the additional criteria is more or less subjective. The area containing single-objective problems with the need to identify a set of solutions is currently called multimodal optimization. In this work, we apply two-stage optimization algorithms, which consist of alternating global and local searches, to these problems. These algorithms are attractive because of their simplicity and their demonstrated performance on multimodal problems. The main focus is on improving the global stages, as local search is already a thoroughly investigated topic. This is done by considering previously sampled points and found optima in the global sampling, thus obtaining a super-uniform distribution. The approach is based on maximizing the minimal distance in a point set, while boundary effects of the box-constrained search space are avoided by correction methods. Experiments confirm the superiority of this algorithm over random uniform sampling and other methods in various different settings of multimodal optimization.

Für viele praktische Optimierungsprobleme ist es ratsam nicht nur eine einzelne optimale Lösung zu suchen, sondern eine Menge von Lösungen die gut und untereinander verschieden sind. Die Argumentation hinter dieser Meinung ist, dass ein Entscheidungsträger möglicherweise nachträglich zusätzliche Kriterien einbringen möchte, die nicht im Optimierungsproblem enthalten waren. Gründe für die Nichtberücksichtigung im Optimierungsproblem sind zum Beispiel dass das notwendige Expertenwissen noch nicht formalisiert wurde, oder dass die Bewertung der Zusatzkriterien mehr oder weniger subjektiv abläuft. Das Forschungsgebiet für diese einkriteriellen Optimierungsprobleme mit Bedarf für eine Menge von mehreren Lösungen wird momentan mit dem Begriff multimodale Optimierung umschrieben. In dieser Arbeit wenden wir zweistufige Optimieralgorithmen, die aus sich abwechselnden globalen und lokalen Komponenten bestehen, auf diese Probleme an. Diese Algorithmen sind attraktiv für uns wegen ihrer Einfachheit und ihrer belegten Leistungsfähigkeit auf multimodalen Problemen. Das Hauptaugenmerk liegt darauf, die globale Phase zu verbessern, da lokale Suche schon ein gut erforschtes Themengebiet ist. Wir tun dies, indem wir vorher ausgewertete Punkte und bereits bekannte Optima in unserem globalen Samplingalgorithmus berücksichtigen. Unser Ansatz basiert auf der Maximierung der minimalen Distanz in einer Punktmenge, während Kanteneffekte, welche durch die Beschränktheit des Suchraums verursacht werden, durch geeignete Korrekturmaßnahmen verhindert werden. Experimente bestätigen die Überlegenheit dieses Algorithmus gegenüber zufällig gleichverteiltem Sampling und anderen Methoden in diversen Problemstellungen multimodaler Optimierung.

Generierung eines syntaxgesteuerten Editors für ProSet mit dem Synthesizer Generator

The object of this diploma thesis is the development of a syntax-directed editor for the prototyping language ProSet. As the editor will allow further tools access to the internal representation of programs it will be the central element of an integrated, increment-oriented program development environment for ProSet. The development of syntax-directed editors on the abstraction level of universal programming languages is very komplex and inflexible in respect of a further development of the supported programming language. This thesis uses the Synthesizer-Generator, a special tool for developing syntax-directed editors.

Die Aufgabe dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung eines syntaxgesteuerten Editors für die Prototyping-Sprache ProSet. Dieser Editor wird zentrales Element einer integrierten, inkrementorientierten Programmentwicklungsumgebung (PEU) für ProSet sein, indem er weiteren Werkzeugen einen Zugriff auf die interne Darstellung von Programmen ermöglicht. Da sich die Entwicklung syntaxgesteuerter Editoren auf der Abstraktionsebene universeller Programmiersprachen einerseits als äußert komplex und andererseits als recht unflexibel hinsichtlich einer möglichen Weiterentwicklung der zu unterstützenden Programmiersprache erweist, wird in dieser Arbeit der Synthesizer-Generator, ein Werkzeug, das speziell der Generierung syntaxgesteuerter Editoren dient, eingesetzt.

Reconstruction of surfaces from unorganized three-dimensional point clouds

In this thesis a new algorithm for the reconstruction of surfaces from three-dimensional point clouds is presented. Its particular features are the reconstruction of open surfaces with boundaries, data sets with variable density, and the treatment of sharp edges, that is, locations of infinite curvature. We give formal arguments which explain why the algorithm works well. They consist of a definition of 'reconstruction', and the demonstration of existence of sampling sets for which the algorithm is successful. This mathematical analysis focuses on compact surfaces of limited curvature without boundary. Further contributions are the application of the surface reconstruction algorithm for interactive shape design and a smoothing procedure for noise elimination in point clouds. Additionally, the algorithm can be easily applied for locally-restricted reconstruction if only a subset of the data set has to be considered for reconstruction.

In dieser Arbeit wird ein neuer Algorithmus zur Rekonstruktion von Flächen aus dreidimensionalen Punktwolken präsentiert. Seine besonderen Eigenschaften sind die Rekonstruktion von offenen Flächen mit Rändern, Datensätzen mit variabler Punktdichte und die Behandlung von scharfen Kanten, d.h. Stellen mit unendlicher Krümmung. Es werden formale Argumente angegeben, die erklären, warum der Algorithmus korrekt arbeitet. Sie bestehen aus einer Definition von 'Rekonstruktion' und dem Beweis der Existenz von Punktmengen für die der Algorithmus erfolgreich ist. Diese mathematische Analyse konzentriert sich dabei auf kompakte Flächen mit beschränkter Krümmung und ohne Ränder. Weitere Beiträge sind die Anwendung des Flächenrekonstruktionsverfahrens für die interaktive Modellierung von Flächen und eine Prozedur für die Glättung von verrauschten Punktwolken. Zusätzlich kann der Algorithmus leicht für die lokal beschränkte Rekonstruktion eingesetzt werden, wenn nur ein Teil des Datensatzes zur Rekonstruktion herangezogen werden soll.

Reflection in novice English teacher development: a future perspective

This qualitative research examines the reflections of four novice EFL teachers with regard to concepts, contexts, and content of reflective experiences. Data collection instruments include semi-structured interviews, in-depth interviews, written journals and observations, videos, audio recordings, transcripts, and other documents. The first research question explores the participants’ concept of reflection and reflective practices. The results reveal that the participants had no real prior professional experience with reflection as a practice for teacher development. However, they were, individually, able to mention some of the core reflective characteristics of reflective practices. The reflective practices were unstructured and unconscious. The participants highlighted their ability to reflect based on their personal beliefs, not based on teaching and learning and teaching theories. They learned some features of reflection from practice in the school context. All of the participants reported a lack of opportunities for reflective practices. The second question investigates three levels of reflection with relation to the three main elements of the lesson: objectives, instructional activities and assessment. The results show that the pre-interviews and the post-interviews served as initial opportunities for reflection. The discussion was a context for guided reflection. In addition to the fact that they offered a context for written reflection, response journals provided an opportunity to reflect on aspects that were not covered during the discussion and the reflective journal served as a semi-independent experience. The participants reflected on various activities in different contexts. Consequently, the level of reflection was influenced by the context of the reflective practice. The third question explores the three types of knowledge (content knowledge, pedagogical knowledge, and pedagogical content knowledge) the participants accessed during reflection on the same three main elements of the lesson. The results illustrate that the participants’ reflection, individually, centered on classroom management, individual differences, the integration of the four skills/competencies, and instructional design. Taking the theoretical backgrounds that the participants mentioned during their reflection into consideration, no clear reference was made to second language acquisition theories and English as a Foreign Language methods and approaches. This research study thus shows evidence that novice teachers require increased support in both reflection methods and theories of reflection as well as in education on other pedagogical content theories in the context of EFL. The lesson learned is that perception of reflective practice, the levels of reflective practice, and the content of reflection on the content knowledge, pedagogical knowledge, and pedagogical content knowledge - are necessary in developing a “survival kit” for novice English teachers.

Die vorliegende qualitative Forschungsstudie untersuchte die Reflexionen von vier unerfahrenen Lehrern für Englisch als Fremdsprache. Die Datenerhebungsinstrumente umfassten semi-strukturierte Interviews, ausführliche Interviews, schriftliche Tagebücher und Beobachtungen, Video- und Tonaufnahmen, Transkripte sowie andere Dokumente. Die erste Frage der Studie analysierte Daten hinsichtlich des Konzepts der Reflexion sowie reflektierender Praktiken. Die Ergebnisse zeigen, dass die Teilnehmer keine berufliche Erfahrungen mit Reflexion als Praxis für Lehrerentwicklung und lebenslanges Lernen hatten. Sie waren jedoch in der Lage, einige der Kernmerkmale reflektierender Praktiken zu nennen. Die Reflexionen der Teilnehmer waren unstrukturiert und unbewusst. Insgesamt haben die Teilnehmer die Fähigkeit betont, auf der Grundlage ihrer persönlichen Überzeugungen, aber nicht auf der von Bildungstheorien zu reflektieren. Sie lernten einige Aspekte der Reflexion aus der Praxis. Nichtsdestotrotz berichteten alle Teilnehmer von einem Mangel an Möglichkeiten für Reflexion. Mit der zweiten Frage wurden die drei Reflexionsebenen in den folgenden drei Hauptelementen des Unterrichts erforscht: die Ziele, die Unterrichtstätigkeit, und die Bewertung. Die Ergebnisse dieser Frage zeigen, dass die Vor- und Nachgespräche die ersten beiden Gelegenheiten zur Reflexion in der Praxis waren. Die folgende Diskussion war ein Kontext für geleitete Reflexion. Neben der Tatsache, dass sie einen schriftlichen Kontext zur Reflexion boten, etablierten die Response-Tagebücher eine Gelegenheit, über Aspekte zu reflektieren, die in der Diskussion nicht vollständig behandelt wurden. Reflexionstagebücher erwiesen sich als eine unabhängige Erfahrung, bei der die Teilnehmer selbstständig auf Fragen des Forschers reagierten. Die Teilnehmer reflektierten somit über verschiedene Aktivitäten in unterschiedlichen Kontexten. Folglich wurde das Reflexionsniveau durch den Kontext der Reflexionsaufgaben beeinflusst. Die dritte Frage erforschte die drei Arten von Wissen (Inhaltswissen, pädagogisches Wissen, und pädagogisches Inhaltswissen), die während der Reflexionen über die drei Hauptelemente (die Ziele, die Unterrichtsaktivitäten, und die Bewertung) des Unterrichts zum Einsatz kamen. Die Ergebnisse dieser Frage zeigen, dass die Reflexionen der Teilnehmer individuell auf das Klassenmanagement, Disziplin, Lernen, individuelle Unterschiede, die Herausforderungen der Integration der vier Fertigkeiten/Kompetenzen, die Schülermotivation, und das Unterrichtsdesign ausgerichtet waren. Unter Berücksichtigung der theoretischen Hintergründe, die die Teilnehmer während ihrer Reflexion erwähnt haben, wurde weder auf Theorien und Methoden in Englisch als Fremdsprache noch auf Theorien des Zweitspracherwerbs eindeutig Bezug genommen. Diese Forschungsstudie zeigt somit, dass neue Lehrkräfte in Palästina sowohl bei Methoden der Reflexion und Reflexionstheorien als auch bei anderen pädagogischen Inhaltstheorien im Kontext von Englisch als Fremdsprache verstärkt auf Unterstützung angewiesen sind. Die Schlussfolgerung daraus ist, dass einerseits die Wahrnehmung und die Ebenen reflektierender Praxis und andererseits der Inhalt der Reflexion über das fachwissenschaftliche, pädagogische und fremdsprachdidaktische Wissen notwendig sind.

Robustness and variation of low-dimensional signal transmission in topological phases

This thesis investigates the variation of signal transmission in topological phases as well as their robustness in one- and two-dimensional systems. For this purpose, multiple approaches in different systems are pursued. First, the possibility of designed modifications at the boundaries is explored in order to change the Fermi velocity at edge states of topological phases. The Fermi velocity as a quantity of the transport behavior describes the speed of signal transmission. The main idea is to hybridize local modes with dispersive edge modes in a controllable way so that the signal speed can be significantly slowed down. In the beginning, the Haldane model is modified. Thereafter, the findings are extended by the spin degree of freedom, yielding to Kane–Mele model with helical edge states. In addition, the robustness of edge states against local disorder is investigated by reconstructing the dispersion of the edge modes in the Haldane model. As a result, certain limits regarding the protection of topological edge states become apparent. Triggered by the results for lattice systems, the central idea is carried over to the integer quantum Hall effect of a free two-dimensional electron gas. The local modes are generated by periodically aligned bays at the boundary of the sample. The Hamiltonian of a free two-dimensional electron gas subjected to a perpendicular magnetic field is approximated by a finely discretized lattice. Hence the dispersion of arbitrary periodic geometries becomes numerically accessible. The application of a gate voltage brings the weakly hybridized edge states into resonance with the Fermi energy. Therefore the Fermi velocity can be varied by up to two orders of magnitude. To extend the research approach, graphene is investigated as another possible implementation due to its special properties and the technical possibility to realize desired geometries. The numerical results indicate that possible applications such as delay lines or interferometers are feasible. The investigation of the topological properties of triplon excitations in BiCu2PO6 reveals new insights into the bulk-boundary correspondence. BiCu2PO6 is described by frustrated quantum spin-1/2 ladders which are weakly coupled to form a two-dimensional lattice. The eigenenergies and eigenmodes of single-triplons are determined by applying deepCUTs and Bogoliubov transformations. The one-triplon dispersions are used to fit the inelastic neutron scattering data by adjusting the coupling constants. Based on that, BiCu2PO6 is shown to be the first disordered quantum antiferromagnet exhibiting a gap and a non-trivial Zak phase. Additionally the topological character of BiCu2PO6 is established by a finite winding number. Despite the bulk-boundary correspondence, no localized edge states can be found due to the absence of an indirect gap. The investigation of the Su–Schrieffer–Heeger model confirms that the disappearance of the indirect gap leads to delocalized in-gap states. In order to further explore the localization of edge states regarding the indirect gap, two-dimensional topological systems such as the Haldane model and the topological checkerboard model are investigated as well. Finally, the investigation of the ferromagnetic Shastry–Sutherland lattices reveals the existence of topological magnon excitations. Using exact spin wave theory, finite Chern numbers of the magnon bands are determined which give rise to chiral edge states. The thermal Hall conductivity as an experimental signature of the topological phase is calculated. Various promising compounds are discussed as possible physical realizations of ferromagnetic Shastry–Sutherland lattices.

In dieser Arbeit wird untersucht, wie man die Signalübertragung topologischer Phasen variieren kann, sowie deren Robustheit in ein- und zweidimensionalen Systemen. Zu diesem Zweck werden verschiedene Ansätze in unterschiedlichen Systemen verfolgt. Als erstes wird die Möglichkeit untersucht, mithilfe von gezielten Modifikationen am Rand die Fermi-Geschwindigkeit von topologischen Randzuständen zu reduzieren. Die Fermi-Geschwindigkeit ist eine wichtige Eigenschaft des Transportverhaltens, welche die Geschwindigkeit bei einer Signalübertragung beschreibt. Der grundlegende Gedanke ist es, lokale Zustände kontrollierbar mit den Randzuständen in Wechselwirkung zu bringen, sodass die Geschwindigkeit des Signals maßgeblich reduziert werden kann. Als erstes wird das Haldane-Modell modifiziert. Danach werden die Erkenntnisse um den Spin- Freiheitsgrad erweitert und auf das Kane–Mele-Modell mit den helikalen Randzuständen übertragen. Anschließend wird die Robustheit von Randzuständen in Anwesenheit von lokaler Unordnung im Haldane-Modell untersucht, indem die Dispersion der Randzustände rekonstruiert wird. Die topologischen Randzuständen sind dabei nur bis zu einem gewissen Grad geschützt. Aufgrund der aussichtsreichen Ergebnisse wird die zentrale Idee auf den ganzzahligen Quanten-Hall-Effekt eines freien zweidimensionalen Elektronengases übertragen, um sie einer Realisierung näher zubringen. Dazu wird der Rand mit periodisch angeordneten Buchten modifiziert. Der Hamiltonoperator eines freien geladenen Teilchens im elektromagnetischen Feld wird auf einem fein diskretisierten Gitter approximiert, sodass die Dispersion von beliebig periodischen Geometrien numerisch zugänglich wird. Durch das Anlegen einer Gate-Spannung können die hybridisierten Randzustände in Resonanz mit der Fermi-Energie gebracht werden, sodass die Fermi-Geschwindigkeit um bis zu zwei Größenordnungen variiert werden kann. Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften und der technischen Möglichkeit gewünschte Geometrien herzustellen wird zur Erweiterung Graphen untersucht. Die numerischen Ergebnisse zeigen, dass mögliche Anwendungen wie Verzögerungsleitungen oder Interferometer realisierbar sind. Die Untersuchung der topologischen Eigenschaften der Triplon-Anregungen von BiCu2PO6 führt zu neuen Erkenntnissen bezüglich der Bulk-Boundary-Korrespondenz. BiCu2PO6 wird durch frustrierte Spin-1/2-Leitern beschrieben, welche schwach miteinander gekoppelt sind und so ein zweidimensionales Gitter bilden. Durch Anwendung einer deepCUT und einer Bogoliubov-Transformation werden die Kopplungskonstanten bestimmt, indem wir die Dispersion an die Daten der inelastischen Neutronenstreuung anpassen. Darauf basierend wird gezeigt, dass BiCu2PO6 der erste lückenbehaftete, ungeordnete Quantenantiferromagnet mit einer nicht-trivialen Zak-Phase ist. Der topologische Charakter von BiCu2PO6 wird zusätzlich durch eine endliche Windungszahl bestätigt. Trotz der Bulk-Boundary-Korrespondenz konnten keine lokalisierten Zustände vorgefunden werden, was durch die Abwesenheit einer indirekten Lücke begründet wird. Zur Bestätigung dieser Hypothese wird das Su–Schrieffer–Heeger-Modell untersucht, welches zeigt, wie das Verschwinden der indirekten Lücke zu delokalisierten Zuständen innerhalb der Energielücke führt. Um die Anfälligkeit der Lokalisierung von Randzuständen im Bezug auf die indirekte Lücke weiter zu untersuchen, werden zweidimensionale topologische Systeme wie das Haldane-Modell und das topologische Schachbrett-Modell untersucht.

Entwicklung eines Simulationsprogrammes für das Myon-Pretrigger-System des HERA-B-Experimentes und Untersuchungen zum Systemverhalten

The HERA-B experiment was built up at the Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg to study CP violation in the neutral B meson system. For this and other measurements in the field of heavy quark physics an efficient selection of events with final state muons is needed. The muon pretrigger defines starting points for muon track candidates for the higher level trigger systems. Within the scope of this thesis a simulation program is developed that describes the operation of the muon pretrigger system on the bit level. Using this program the efficiency, acceptance and latency of the muon pretrigger system are determined. In addition results of studies on a multiplicity veto system are presented.

Das HERA-B Experiment am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg wurde aufgebaut, um die CP-Verletzung im System der neutralen B-Mesonen zu untersuchen. Für diese und weitere Messungen zur Physik schwerer Quarks ist es notwendig, Ereignisse mit Myonen im Endzustand effizient zu selektieren. Der Myon-Pretrigger definiert Startpunkte für Myonspuren für die nachfolgenden Triggerstufen. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Simulationsprogramm entwickelt, das die Funktion des Myon-Pretrigger-Systems auf dem Niveau von Bitoperationen beschreibt. Unter Verwendung dieses Programmes werden die Effizienz, Akzeptanz und die Latenzzeit als wichtige Kenngrößen des Myon-Pretrigger-Systems bestimmt. Zudem werden Ergebnisse einer Untersuchung zu einem Multiplizitäts-Veto-System präsentiert.

Policy-based management of medical devices and applications

This work presents an extended approach to the autonomous technical management, which combines the innovative model-based management with the established policy-based management technique. A comprehensive model of the managed and the management system is created. Both systems are modeled on three abstraction layers („Use Cases“, „Services“, „Components“). On the basis of the introduced policy derivation patterns (evaluation, control and refinement patterns) and intra-layer associations the policy derivation process is conducted automated by means of a modeling tool. Finally, runnable policies are generated which are enforced by the management at runtime. The approach is applied within the medical application field. It is demonstrated, that the presented technical management supports the development and dependable behavior of medical devices and applications.

Die Arbeit präsentiert einen erweiterten Ansatz zum autonomen technischen Management, der das innovative Modell-basierte Management mit dem etablierten Policy-basierten Management kombiniert. Zur Planung des Systems wird ein umfassendes Modell des Management- und des zu verwaltenden Systems entworfen. Beide Systeme werden auf drei Abstraktionsschichten („Use Cases“, „Services“, „Components“) modelliert. Auf Basis der vorgestellten Ableitungsmuster (Evaluierungs-, Kontroll- und Verfeinerungsmuster) und der Zwischenschichtassoziationen wird der Prozess der Ableitung der Management-Policies automatisiert mit Hilfe eines Modellierungstools durchgeführt. Am Ende werden die zur Laufzeit vom Management ausführbaren Policies generiert. Der Ansatz wird im Rahmen des medizinischen Anwendungsfeldes erprobt. Es wird gezeigt, dass der Ansatz die Entwicklung und Verlässlichkeit sowie den Betrieb des medizinischen Geräte- und Anwendungsensembles unterstützt.

The data mining guide to the galaxy

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Aktiven Galaktischen Kernen (AGN) im Bereich der Gamma- und Multiwellenlängenastronomie in Verbindung mit Data-Mining-Anwendungen. Die Erweiterung der AGN-Population ermöglicht eine enorme Verfeinerung unseres Wissens über Objekte, die Gammastrahlung emittieren. Zu diesem Zweck sind die Informationen über die Klassenzugehörigkeit einer katalogisierten Quelle und die entsprechenden Gegenstücke wichtig. Um die AGN-Population möglicherweise zu erweitern, wurden die Multiwellenlängen-Daten einer Liste von AGN-Kandidaten aus dem Fermi-Katalog untersucht, um die Qualität der Vorhersage zu erhöhen. Die Fähigkeit dieser Methode wurde im Rahmen dieser Arbeit nachgewiesen. Dieses Verfahren ist jedoch recht komplex und nutzt Data-Mining-Techniken nicht vollständig aus. Aus diesem Grund wurde ein neuer Ansatz für die Suche nach AGN-Kandidaten im Fermi-Katalog entwickelt und die Eignung des Konzepts nachgewiesen. Diese Methode nutzt Multiwellenlängen-Informationen in Verbindung mit Data-Mining-Methoden, um sowohl die Klassenzugehörigkeit als auch das Gegenstück zu bestimmen. Die Klassifizierungsaufgabe der vorherigen Suche wurde verfeinert, um nach bestimmten Blazaren, einem Subtyp von AGNs und ihren Gegenstücken zu suchen. Trotz der höheren Komplexität konnte die Eignung der Methode erfolgreich nachgewiesen werden. Ein vielversprechender Blazar-Kandidat wurde mit den MAGIC-Teleskopen beobachtet. Die Analyse dieser Beobachtungen führte zur Bestimmung von Fluss-Obergrenzen, die in Zusammenhang mit Beobachtungen in anderen Wellenlängen gesetzt wurden, so dass Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Objekts möglich waren. Die MAGIC-Analysekette bietet die Möglichkeit Data-Mining-Techniken zur Rekonstruktion der Energie oder zur Unterscheidung von Gammastrahlung und Hadronen zu nutzen. Der Ansatz, die Energie stereoskopischer Beobachtungen mit diesen Techniken zu rekonstruieren, wurde bisher nicht ausgenutzt und deshalb neu aufgesetzt. Die beiden genannten Anwendungsmöglichkeiten wurden optimiert und evaluiert. Insbesondere die Wahl des Parametersatzes zur Generierung der Modelle erwies sich als äußerst wichtig.

Analysis and applications of variational sensitivity information in structural optimisation

This thesis is concerned with the analysis of the internal structure of sensitivities of engineering structures with respect to modifications in shape. The term internal structure of sensitivity is introduced as an abbreviation for the eigenvalues and singular values, the corresponding eigenvalue spectrum and singular value spectrum as well as for the associated eigenvectors and singular vectors of the sensitivity matrix, the pseudo load matrix and the mesh velocity matrix, which build up the central parts of the sensitivity analysis. These matrices are analysed both qualitatively and quantitatively utilising the singular value decomposition (SVD) and techniques which are based on the principle component analysis (PCA). The impact of the chosen models on the computed optimal designs, especially the influence of the chosen shape parametrisation, is analysed. This knowledge enables the design engineer to understand and improve the models systematically whereas they are usually set up entirely by engineering experience and intuition. The weaknesses of the models are detected and improved design descriptions are proposed. This human controlled process is called design exploration. The aim of this thesis is to contribute new substantial capabilities to the corresponding methods. Moreover, an algorithmic and automatic treatment of SVD based sensitivity information is presented within this thesis for different kinds of application. In context of model reduction, the complete design space is reduced to the most valuable subspace of design modifications in order to demonstrate the information content of the decomposed sensitivities. Illustrative examples show that reasonable optimal designs can be obtained with a small percentage of properly defined design variables. In addition, the area of application for SVD based sensitivity information is extended to the nonlinear buckling analysis. Here, decomposition of the pseudo load matrix is utilised to generate the `worst case' imperfections. The generic concept is applied to shape optimisation of shell structures. The design of such structures is extremely important for their stability, robustness and load-bearing capacity. The variational design sensitivity analysis for a nonlinear solid shell is performed and especially the pseudo load matrix and the sensitivity matrix are derived. Within the scope of this thesis, only static nonlinear structural analysis and hyperelastic material behaviour are considered.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der inneren Struktur der Empfindlichkeiten von mechanischen Strukturen bezüglich geometrischer Veränderungen. Der Begriff innere Struktur der Empfindlichkeiten wird als abkürzende Bezeichnung für die Eigenwerte und Singulärwerte, die entsprechenden Eigenwert- und Singulärwertspektren, sowie die zugehörigen Eigenvektoren und singulären Vektoren der Pseudolast-, Sensitivitäts- und Designgeschwindigkeitsmatrizen eingeführt. Zusammen bilden diese Größen den Kern der Sensitivitätsanalyse und werden sowohl qualitativ als auch quantitativ mit Hilfe der Singulärwertzerlegung (SVD) und Techniken, die aus dem Bereich der Hauptkomponentenanalyse (PCA) bekannt sind, analysiert. Beschrieben wird der Einfluss der Modellbildung, insbesondere die Wahl der Formparametrisierung auf die Lösung der Optimierungsaufgabe. Dieses Wissen ermöglicht es dem entwerfenden Ingenieur das Modell zu verstehen und es systematisch zu verbessern, was gewöhnlich nur auf seiner Erfahrung und Intuition basiert. Die Schwächen der Modellbildung werden identifiziert und verbesserte Parametrisierungen des Designraumes vorgeschlagen. Ein solches Vorgehen, das unter anderem die Interaktion zwischen Mensch und Maschine erfordert, wird auch als Designexploration bezeichnet und stellt den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit dar. Des Weiteren wird eine algorithmische und automatische Behandlung der auf SVD basierten Sensitivitätsinformationen für verschiedene Anwendungen vorgestellt. Im Zusammenhang mit der Modellreduktion wird der vollständige Designraum auf einen Unterraum mit der größtmöglichen Varianz projeziert, um den Informationsgehalt der Sensitivitätszerlegungen zu demonstrieren. Beispiele werden zeigen, dass nur ein Bruchteil der neu definierten Designvariablen benötigt wird, um brauchbare Optimierungsergebnisse zu erzielen. Das Anwendungsgebiet der SVD basierten Sensitivitätsinformationen wird auf die nichtlineare Beulanalyse ausgeweitet. Hierbei werden die singulären Vektoren der Pseudolastmatrix mit den `worst case' Imperfektionen in Verbindung gebracht. Die entwickelten Konzepte werden auf die Formoptimierung von Schalentragwerken angewandt. Das Design solcher Strukturen hat einen großen Einfluss auf ihre Stabilität, Robustheit und ihre Versagenslast. Die variationelle Sensitivitätsanalyse einer nichtlinearen Schale wird durchgeführt. Insbesondere werden die Sensitivitäts- und Pseudolastmatrizen hergeleitet. Es werden nur statische Probleme mit hyperelastischem, auch nichtlinearem, Materialverhalten betrachtet.

Testing for Structural Change

Testen auf Strukturveränderung

With CAD you construct more slowly than you think

Beim CAD geht das Konstruieren langsamer als das Denken

Detektion chlorierter und fluorierter Verbindungen mit Hilfe der Ionenbeweglichkeitsspektrometrie

In this thesis the detection of volatile chlorinated and fluorinated compounds using ion mobility spectrometry is described. This technique is characterized by its low detection limits (low ng/L range without preconcentration), short time of analysis (ms-range) and selective detectability of different chemical classes at ambient pressure. For the detection of the substances described, the mobility spectrometers were equipped with radioactive sources (63Ni-IMS) and partial discharges (PD-IMS), and their analytical figures of merit were determined. By coupling the PD ion source to an atmospheric pressure quadrupole mass spectrometer, an insight into the reactions taking place in PD-IMS was provided and the reactant and analyte ions of chlorinated and fluorinated carbons were characterized.

In der vorliegenden Dissertation wird die Detektion flüchtiger chlorierter und fluorierter Verbindungen mit Hilfe der Ionenbeweglichkeitsspektrometrie beschrieben. Diese Technik zeichnet sich durch niedrige Detektionsgrenzen (unterer ng/L-Bereich ohne Voranreicherung), kurze Analysenzeiten (ms-Bereich) und selektive Detektierbarkeit unterschiedlicher chemischer Substanzklassen bei Umgebungsdruck aus. Für die Bestimmungen dieser Substanzen wurden die IMS mit radioaktiven Strahlungsquellen (63Ni-IMS) und Teilentladungs-Ionenquellen (TE-IMS) ausgestattet und ihre analytischen Güteziffern ermittelt.Durch Kopplung der TE-Ionisierungsquelle mit einem Atmosphärendruck-Ionisierungs-Quadrupol-Massenspektrometer gelang es, einen Einblick in die im TE-IMS ablaufenden Reaktionen zu geben und die generierten Reaktant- sowie Analyt-Ionen chlorierter und fluorierter Kohlenstoffe zu charakterisieren.

Studies on bilingualism: Contributions of the Dortmund research group

Studien zur Mehrsprachigkeit: Beiträge der Dortmunder Arbeitsgruppe

Over the last two years researchers of the TU Dortmund University, Department of Language and Communication, have been conducting a number of empirical studies on bilingualism in childhood and adolescence. Special emphasis was placed on bilingualism in the context of speech and language pathology. The overview presented summarizes main research questions and results regarding aspects of the phenomena, trait differences, anamnesis, diagnosis, and intervention.

An der TU Dortmund, Fachgebiet Sprache und Kommunikation, wurden in den letzten zwei Jahren eine Reihe von empirischen Studien zum Thema Mehrsprachigkeit in Kindheit und Jugend durchgeführt. Mit dem vorliegenden Beitrag geben wir einen Überblick über die wichtigsten Fragestellungen und Ergebnisse, die (auch) für die sprachtherapeutische Praxis relevant sind. Dabei werden zum einen Aspekte des Phänomens diskutiert und zum anderen konkrete Vorschläge zu Anamnese, Diagnostik und Intervention gemacht.

Requirements and reality of political starting - points in the field of work: the example of teamwork

Anspruch und Wirklichkeit von arbeitspolitischen Ansätzen: das Beispiel Gruppenarbeit

In times of crisis, lots of companies have developed a double strategy: on the one hand, new political starting-points in the field of work are being propagated and partly tested as well, aiming at activating the motivation and initiative of the staff. At the same time, there is a hard line aiming at a maximum reduction of costs with a minimum of inclusion of staff and their representatives. The introduction of teamwork is a typical example. This double strategy results in a divided company reality side by side: a politics of performance destined for confrontation and a politics of work, which announces participation as a central target. Practice and science have so far ignored this contradicition to a great extent, but coming to terms with its possible consequences seems to be absolutely necessary.

Im Zeichen der Krise haben zahlreiche Unternehmen eine Doppelstrategie entwickelt: einerseits werden neue arbeitspolitische Ansätze propagiert und ansatzweise auch erprobt, die auf eine Aktivierung der Motivation und Eigeninitiative der Mitarbeiter zielen. Zugleich wird ein harter leistungspolitischer Kurs gefahren, der auf maximale Kosteneinsparung hinzielt, bei möglichst geringer Einbeziehung der Arbeitnehmer und ihrer Vertreter. Klassisches Beispiel hierfür ist die Einführung von Gruppenarbeit. Ergebnis dieser Doppelstrategie: eine gespaltene betriebliche Realität, in der Unvereinbares stillschweigend nebeneinander praktiziert wird; eine auf Konfrontation angelegte Leistungspolitik und eine Arbeitspolitik, die Partizipation als zentrale Zielstellung verkündet. Praxis wie Wissenschaft haben diesen Widerspruch bislang weitgehend ignoriert. Eine Auseinandersetzung mit dessen möglichen Konsequenzen erscheint aber unbedingt notwendig.

Small and medium-sized enterprises: Carriers of structural change?

Large enterprises were counted among the guarantors for potential economic output social well-being up until the 70s, then, in connection with the liberal economic politics at the beginning of the 80s, small and medium-sized enterprises experienced a renaissance as endogenous development potential and carriers of hope for the structural change. With this upward trend of smaller and medium-sized enterprises - thus seems to be the economicpolitical tenor - an increase in the need for qualifications seems to go hand in hand, which makes initiatives for further extended vocational training a necessity. Based on existing empirical results, the following shows assumptions of prosperity and qualifications in small and medium-sized enterprises in a relative light, as well as points towards practical problems for continuing training in and for smaller and medium-sized enterprises.

Klein- und Mittelbetriebe: Träger des Strukturwandels?

Ecological innovations by company cooperation and staff participation

Ökologische Innovationen durch Unternehmenskooperation und Mitarbeiterbeteiligung

Characterization of microstructure in aluminum alloys based on electron backscatter diffraction

During the last decades, aluminum has been established as a common construction material especially in the fields of transportation, aircraft and light weight construction. In order to effect an economic efficiency in material and energy, not only the construction methods are continuously improved but also the material properties are adjusted according to the intended purpose. This includes the development of new alloy compositions and furthermore a controlled microstructure evolution inside the material. A large number of aluminum alloys facilitates a significant increase in strength by precipitation hardening. Through the techniques of grain boundary engineering the material’s grain sizes as well as the type and distribution of the grain boundaries are also controlled to achieve an additional increase in strength. The microstructure evolution is in this work exemplarily investigated for the three technological relevant aluminum wrought alloys EN AW-6060, EN AW-6082 and EN AW-7075 during thermo-mechanical processing by direct hot extrusion. The samples are prepared from partly extruded billets which are cut along the middle axis to reveal the microstructures in different deformation zones and at varying degrees of deformation. Besides the classic light optical microscopy, the electron backscatter diffraction (EBSD) technique is applied for the microstructure analysis. In recent years, EBSD was widely established in the field of materials science and gives direct access to the grain and subgrain structures. Furthermore, it allows the determination of the relative misorientation between individual (sub-)grains and the investigation of the texture at the sample’s surface. The final microstructure is the result of interacting dynamic and/or static evolution processes such as recovery and recrystallization. A detailed investigation of the type and distribution of the grain boundaries in the micrographs allows to identify the active microstructure evolution processes. Based on existing EBSD measurement data sets, the visualization of the grain microstructure and the corresponding grain boundaries is performed by the newly developed and verified inhouse program Grainplot. The main algorithms are explained in detail with a special focus on the restoring of incomplete data sets. The accessible and extensively commented program code then allows a further customization by the user. For the different deformation zones of the partly extruded billet, the microstructural evolution regarding grain and subgrain size distribution, relative grain misorientation and fraction of grain boundaries in the micrograph is determined and statistically evaluated. The texture evolution at the different measurement points is presented in the form of inverse pole figures. Furthermore, the newly developed program Graingen is presented which is used to generate synthetic 2-D and 3-D microstructures with defined statistical properties based on previously analysed EBSD measurement results.

Der Werkstoff Aluminium hat sich in den letzten Jahrzehnten als gängiges Konstruktionsmaterial insbesondere im Bereich des Transportwesens, der Luftfahrt und des allgemeinen Leichtbaus bewährt. Um zukünftige Material- und Energieeinsparungen umsetzen zu können, werden neben der optimierten Konstruktion zunehmend die Werkstoffeigenschaften an die benötigten Anforderungen angepasst. Dies umfasst nicht nur die Legierungszusammensetzungen, sondern im zunehmenden Maße auch die gezielte Beeinflussung der Materialmikrostruktur. Bei einer großen Zahl von Aluminiumlegierungen lässt sich die Festigkeit durch Verfahren des Auslagerns signifikant steigern. Im Rahmen des so genannten Grain Boundary Engineerings kann darüber hinaus die Korngrößenverteilung sowie der Verlauf und die Art der vorhandenen Korngrenzen gesteuert werden, wodurch eine weitere Festigkeitszunahme erreicht wird. Die Mikrostrukturentwicklung wird in dieser Arbeit exemplarisch für drei technologisch relevanten Aluminiumknetlegierungen EN AW-6060, EN AW-6082 und EN AW-7075 bei der thermo-mechanischen Umformung durch direktes Strangpressen untersucht. Als Proben dienen dabei teilverpresste Blöcke, die nach dem Trennen längs der Mittelachse die Mikrostrukturen in verschiedenen Umformzonen und bei unterschiedlichen Umformgraden offenlegen. Neben einer lichtmikroskopischen Betrachtung wird zusätzlich das Verfahren der Electron Backscatter Diffraction (EBSD) zur Analyse der Kornmikrostruktur eingesetzt. Diese Technik hat sich im Laufe der letzten Jahre zunehmend etabliert und erlaubt neben der Identifizierung der Korn- und Subkornstruktur auch die Bestimmung der relativenMissorientierung benachbarter Körner und die Untersuchung der Textur. Eine detailierte Betrachtung der Korngrenzentypen und ihrer Verläufe lässt Rückschlüsse auf die wirksamen dynamischen und statischen Entwicklungmechanismen von Erholung und Rekristallisation zu. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Programm Grainplot entwickelt und verifiziert, das ausgehend von vorliegenden EBSD-Messdaten eine Visualisierung der Kornmikrostrukturen und der beteiligten Korngrenzen ermöglicht. Die verwendeten Algorithmen insbesondere der Wiederherstellung unvollständiger Datensätze werden schwerpunktmäßig erläutert. Der einsehbare und ausführlich kommentierte Programmcode erlaubt so eine nachträglich Anpassung an verschiedene Aufgaben durch den Anwender. Unter Verwendung der neuen Software wird die Entwicklung der Mikrostruktur innerhalb der Deformationszonen in Hinblick auf Korn- und Subkorngrößenverteilung, relative Kornmisorientierung und Anteil der Korngrenzen im Gefüge statistisch erfasst und ausgewertet. Darüber hinaus werden die Texturentwicklungen an den Messpunkten als inverse Polfiguren dargestellt. Zudem wird das neu entwickelte Programm Graingen vorgestellt, mit dem – ausgehend von zuvor charakterisierten EBSD-Messergebnissen – künstliche 2-D und 3-D Mikrostrukturen mit definierten statistischen Eigenschaften erstellt werden können.

The increase of reflexivity by organizational advice?

Reflexivitätssteigerung durch Organisationsberatung?

The implementation of Lean Production in the nineties requires more sociological know-how in industry than in earlier decades. The comprehension of its own political role in the process of rationalization, which has been developed by industrial sociology during the seventies and eighties, is not able to satisfy this requirement. Therefore, industrial sociology not only has to redefine its relationship towards economical principles; it has also to develop an approach research and consulting, which allows a higher degree of sociological intervention into industrial transformation in order to make this process more reflexive. Both is necessary, if industrial sociology wants to get more influence on the process of industrial transformation.

Durch die Transformation in Richtung Lean Production ist in der Industrie in den neunziger Jahren ein Bedarf an (industrie-)soziologischem Wissen entstanden, den es in den zurückliegenden Jahren so nicht gegeben hat. Mit ihrem in den siebziger und achtziger Jahren entwickelten rationalisierungs- und arbeitspolitischen Selbstverständnis kann die Industriesoziologie diesen Bedarf jedoch nicht befriedigen. Notwendig ist nicht nur eine Neubestimmung ihres Verhältnisses zum Prinzip der Wirtschaftlichkeit; gefordert ist vor allem ein Forschungs- und Beratungsansatz, der die Reflexivität des Transformationsprozesses durch eine stärkere soziologische Intervention in das betriebliche Geschehen fördert. Beides ist heute überfällig, will die Industriesoziologie auf den Transformationsprozeß Einfluß nehmen.

Homogene Goldkatalyse zur Darstellung neuartiger heterocyclischer Spiroverbindungen

In recent years, a variety of new entries to interesting heterocylic compounds has been reported in the field of gold catalysis. On this occasion, it is possible to form new C-O, C-N, C-S or C-C bonds under usually mild reaction conditions. This work generally deals with new gold catalyzed methodologies for the synthesis of heterocyclic spiro compounds. On the one hand, it was possible to develop an entry to spirocyclic pyrazolidines via a multicomponent approach with an alkynol, a hydrazine and a carbonyl compound. In the process, four new bonds are formed with just releasing water as a by-product. Furthermore, this highly atom economic reaction is practicable in aqueous systems. For the first time corresponding DNA-conjugates could be synthesized with this methodology. This discloses a new synthetic tool in the research field of medicinal chemistry for the construction of DNA-encoded compound libraries. Also In further studies gold catalyzed syntheses of spirocyclic isoxazolidines and α,β-unsaturated lactones were carried out. In these cases the aspect should be economic synthesis routes as well.

Auf dem Gebiet der Goldkatalyse konnte über die letzten Jahren eine Vielzahl von neuen Zugängen zu interessanten heterocyclischen Verbindungen berichtet werden. Hierbei können neue C-O-, C-N-, C-S- oder C-C-Bindungen in der Regel unter milden Reaktionsbedingungen gebildet werden. Diese Arbeit beschäftigt sich im Allgemeinen mit neuen Gold-katalysierten Methoden zur Darstellung heterocyclischer Spiroverbindungen. Zum einen wurde ein Zugang zu spirocyclischen Pyrazolidinen über eine Mehrkomponentenreaktion mit einem Alkinol, einem Hydrazin und einer Carbonylverbindung entwickelt. Dabei kommt es zu Knüpfung von vier neuen Bindungen, wobei als Koppelprodukt nur Wasser entsteht. Es war zudem möglich, diese hoch atomökonomische Reaktion in wässrigen Systemen durchzuführen. Erstmals konnten auch entsprechende DNA-Konjugate mit dieser Methode dargestellt werden. Dies eröffnet dem Forschungsfeld der Medizinischen Chemie ein neues Werkzeug zum Aufbau DNA-kodierter Substanzbibliotheken. Darüber hinaus wurden in weiteren Studien die Gold-katalysierten Synthesen von spirocyclischen Isoxazolidinen und α,β-ungesättigten Lactonen behandelt. Auch diese sollten den Aspekt einer ökonomischen Syntheseroute beinhalten.

Characterization and model identification for the simulation of the forming behavior of ferritic steels

The experimental and theoretical characterization of sheet metal forming continues to present a number of challenges for theorists and experimentalists alike. Among the foremost issues in this regard is a realistic model for the material behavior. The material model should be able to account for the effects of the microstructural development and the development of different types of hardening that evolve due to complex loading path histories involved in sheet metal forming processes. The characterization / identification of the material model needs to be performed for the specific material using the available experiments that produce strain-stress responses for different loading paths. The other issues involved in the characterization of sheet metal forming are the numerical and physical (structural) factors. The current work falls within this context and deals with the formulation of the material model, its characterization and application of this material model to the simulation of sheet metal forming processes. the factors effecting the simulation of metal forming and springback are then discussed. In complex forming processes, sheet metal undergoes large plastic deformations involving significant induced flow anisotropy resulting from the development of persistent oriented (planar) dislocation structures. The first part of this thesis deals with the formulation and identification of a phenomenological model which accounts for the effect of the evolution of this oriented dislocation microstructure on the anisotropic hardening behavior. The model accounts for changes in the size, center, and shape of the yield surface associated with isotropic, kinematic and cross hardening, respectively. Identification of the model for the ferritic sheet metal steel LH800 is carried out with the help of shear, reverse shear, and tension-shear tests. The identified model has been validated by using it to predict the stress-strain behavior of the material along different tension-shear loading paths and comparison with analogous experimental results. The results and, in particular, the comparison of theoretical predictions with experimental results clearly demonstrate the need of including cross hardening effects in the modeling of sheet metals like LH800. Metal forming processes generally involve large strains and severe strain path changes. Large plastic strains in many metals lead to the development of persistent dislocation structures resulting in strong flow anisotropy. Perhaps the most well-known micromechanically-based phenomenological model for anisotropic hardening on (non-proportional) loading paths characterized by directional changes is that of Teodosiu and Hu (1995, 1998). The objective of the third Chapter is to propose a simplified formulation of the modified Teodosiu model presented by Wang et al. (2008). The simplified model and full model are then identified using the available experimental tests for ferritic steel LH800 and IF steel DC06. Finally, the model behavior for the full and simplified models is compared and discussed. The fourth Chapter of the thesis is concerned with the identification of the material model for the steel LH800 using the different sets of tests. The effect of loading path changes during the metal forming processes is modeled by the material model presented in the first Chapter. Now, xiv Summary there is a need for experiments that resemble most of the proportional and non-proportional loading path changes which occur during the real sheet metal forming processes. In the current work we used three types of test data, i.e. cyclic bending test data, tension-compression test data and reverse shear test data along with orthogonal tension shear data to identify the three different sets of material parameters of the presented material model. All three aforementioned tests involve different amounts of inelastic deformation and have different states of stress. Hence, it is instructive to compare the influence of the test data used for identification on the material model parameters. The identified sets of material parameters are then used to simulate a drawbending test and predict the amount of springback. The predicted springback is then compared with the actual experimentally observed springback for each set of material parameters. Accurate simulation of forming and springback in sheet metal forming processes requires taking a number of factors / parameters into account. The factors affecting the simulation of forming and springback fall in two categories: physical and numerical. In the fifth Chapter of this thesis, the attention is focused on the roles played by type, order and scheme of the finite element model and level of mesh refinement, which falls in the category of numerical parameters. For the physical parameters affecting the simulation of forming and springback, the effect of tool radius, friction coefficient, back force (sheet tension) and material model used are investigated. The goal here is an optimal choice of element type, mesh refinement, contact and friction modeling, as well as other numerical and physical parameters in such a way that an efficient, robust and converged solution is achieved in the context of the simulation of sheet metal forming and predicting the springback.

Die experimentelle und theoretische Untersuchung der Umformung von Blechen ist nach wie vor eine Herausforderung sowohl in der theoretischen Beschreibung als auch auf experimenteller Seite. Eine wesentliche Aufgabe kommt dabei der Verwendung eines realistischen Materialmodells zu. Das Modell sollte in der Lage sein, die Entwicklung der Mikrostruktur sowie die verschiedenen Formen der Verfestigung, die bei den komplexen Lastpfaden in der Blechumformung auftreten, zu berücksichtigen. Die Charakterisierung / Identifikation des Materialmodells muss für das jeweilige Material, basierend auf den vorliegenden experimentellen Spannung- Dehnung-Ergebnissen für unterschiedliche Beanspruchungsarten durchgeführt werden. Außerdem sind numerische und physikalische (strukturbezogene) Faktoren im Zusammenhang mit der Blechumformung zu betrachten. Diese Arbeit gehört in diesen Zusammenhang und befasst sich mit der Formulierung des Materialmodells, sowie seiner Anwendung bei der Berechnung von Blechumformprozessen. Verschiedene Faktoren, die die Umformsimulation und die Rückfederung beeinflussen, werden untersucht. Bei komplexen Umformprozessen treten große plastische Verformungen und damit verbunden Fließanisotropie auf, die von der Entwicklung bleibender Versetzungsstrukturen verursacht wird. Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Formulierung und Identifizierung eines phänomenologischen Modells, das den Einfluss der orientierten Versetzungsmikrostrukturen auf das anisotrope Verfestigungsverhalten berücksichtigt. Das Modell berücksichtigt die Änderungen der Größe, des Zentrums und der Form der Fließfläche, die mit isotroper-, kinematischer- und Querverfestigung in Verbindung stehen. Die Identifikation des ferritischen Stahls LH800 wird anhand von Scher-, Scher-Rückscher- und Zug-Scher-Tests durchgeführt. Das identifizierte Modell wurde durch Nachrechnen des Spannung-Dehnung-Zusammenhangs für verschiedene Zug-Scher-Lastpfade, zu denen experimentelle Ergebnisse vorlagen, validiert. Die Ergebnisse bzw. der Vergleich der theoretischen Vorhersagen mit den Experimentalergebnissen zeigen, dass Querverfestigungseffekte bei Stählen wie LH800 berücksichtigt werden müssen. Umformungen bei Metall gehen mit großen Dehnungen und ausgeprägten Belastungspfadwechseln einher. Große plastische Dehnungen führen in vielen Metallen zu der Entwicklung von bleibenden Versetzungsstrukturen, was zu starker Fließanisotropie f¨uhrt. Das vielleicht bekannteste mikromechanisch basierte phänomenologische Modell für anisotrope Verfestigung bei nicht-proportionalen Lastpfaden, die durch Richtungswechsel charakterisiert werden, ist das von Teodosiu und Hu (1995, 1998). Im dritten Kapitel wird eine vereinfachte Formulierung eines modifizierten Teodosiu Modells vorgeschlagen. Das vereinfachte Modell und das nicht vereinfachte Modell werden dann anhand der verfügbaren Versuchsergebnisse für den ferritischen Stahl LH800 und den IF-Stahl DC06 identifiziert. Schließlich werden die Modellverhalten des Vollmodells und des vereinfachten Modells miteinander verglichen. Das vierte Kapitel der Arbeit befasst sich mit der Identifizierung des Materialmodells für den Stahl LH800 basierend auf verschiedenen Testdaten. Der Einfluss der Belastungspfad wechsel während des Umformens wird mit dem im ersten Kapitel präsentierten Materialmodell modelliert. Hierfür sind Experimente erforderlich, die den meisten proportionalen und nichtproportionalen Lastpfadwechseln, wie sie in realen Blechumformprozessen auftreten, ähneln. In der vorliegenden Arbeit wurden drei Testarten verwendet, nämlich zyklische Biegeversuche, Zug-Druck-Versuche und Scher-Rückscher-Versuche im Zusammenhang mit orthogonalen Zug-Scher-Versuchen, um drei Parametersätze für das vorgestellte Modell zu bestimmen. Die erwähnten Tests beinhalten unterschiedlich hohe inelastische Deformationen und verschiedene Spannungszustände. Daher ist es sinnvoll, den Einfluss der zugrunde liegenden Versuche auf die Materialparameter zu untersuchen. Die identifizierten Datensätze werden dann für die Simulation eines Streifenzugbiegeversuchs verwendet. Dies beinhaltet auch die rechnerische Vorhersage der Rückfederung. Die berechnete Rückfederung wird für alle Datensätze mit der experimentell ermittelten Rückfederung verglichen. Eine akkurate Berechnung des Tiefziehens und der Rückfederung gelingt nur, wenn man eine Reihe an Faktoren / Parametern berücksichtigt. Diese Einflussfaktoren lassen sich in die Kategorien physikalisch und numerisch einteilen. Das fünfte Kapitel dieser Arbeit befasst sich mit dem Einfluss des Typs, der Ordnung und des Integrationsschemas des verwendeten finiten Elements sowie mit dem Einfluss der Diskretisierung. Dies gehört zu der Kategorie der numerischen Parameter. Im Bereich der physikalischen Parameter, die das Berechnungsergebnis beeinflussen, werden der Radius des Tiefziehwerkzeugs, der Reibkoeffizient, die Haltekraft (Zugkraft im Blech) und das Materialmodell untersucht. Das Ziel dabei ist die optimale Wahl des Elementtyps, des Netzes, der Kontakt- und Reibungsmodellierung und anderer Parameter, sodass eine effiziente, robuste und konvergente Lösung für die Simulation der Blechumformung und der damit verbundenen Rückfederung gefunden werden kann.

Geometrie der Juliamenge und präperiodische kritische Punkte

The Julia set of a rational function is defined as the set of all points of the Riemann sphere, in which the sequence of iterates of this function fails to be normal (in the sense of Montel). The dynamics of the iteration sequence as well as topological and geometrical properties of the Julia set are strongly influenced by critical points, where by definition the function is not locally conformal. Several topological assertions on the boundaries of periodic stable domains can be formulated depending on the number of critical points that belong to these domains. The greater the finite number of given critical points that depends on the degree of the function, the harder it is to find general assertions on the Julia set. In this paper we consider rational functions of degree two and above all of degree three, where the number of non-preperiodic critical points, which are important for the global dynamics, is reduced. With the help of a necessary condition for the Julia set to be a Jordan arc, a family of certain functions is constructed, one half of its critical points being preperiodic. An appropriate subset of this familiy can be partitioned into equivalence classes with the help of suitable complete invariants. In the moduli space resulting from this construction regions can be found, where the parameter values lead to rational functions with certain topological and geometrical properties of their Julia sets. The main topic is the property of connectedness, and we discuss, under which assumptions the Julia set is connected, a Jordan curve, a Jordan arc or totaly disconnected.

Die Juliamenge einer rationalen Funktion ist definiert als die Menge aller Punkte der Riemannschen Zahlenkugel, in denen die Folge der Iterierten dieser Funktion (im Montelschen Sinne) nicht normal ist. Die Dynamik der Iteriertenfolge sowie die topologischen und geometrischen Eigenschaften der Juliamenge werden entscheidend von kritischen Punkten beeinflusst, in denen definitionsgemäß keine lokale Konformität vorliegt. Topologische Aussagen über Ränder von periodischen Gebieten können je nach Anzahl der durch diese Gebiete gebundenen kritischen Punkte getroffen werden. Je größer die vom Grad der Funktion abhängige endliche Zahl der vorhandenen kritischen Punkte ist, desto schwerer fällt es, allgemeingültige Aussagen über die Juliamenge zu formulieren. In dieser Arbeit werden rationale Funktionen zweiten und vor allen Dingen dritten Grades untersucht, bei denen die Anzahl der für die globale Dynamik entscheidenden kritischen Punkte, das sind gerade die nicht präperiodischen, reduziert ist. Ausgehend von einer notwendigen Bedingung dafür, dass die Juliamenge ein Jordanbogen ist, wird eine Familie gewisser Funktionen konstruiert, bei denen die Hälfte der kritischen Punkte präperiodisch ist. Eine geeignete Teilmenge dieser Familie wird in Äquivalenzklassen eingeteilt, denen vollständige Invarianten zugeordnet werden können. Im durch diese Invarianten definierten Modulraum werden schließlich Bereiche angegeben, deren Parameterwerte auf rationale Funktionen mit bestimmten topologischen und geometrischen Eigenschaften der zugehörigen Juliamengen führen. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Zusammenhangseigenschaft und es wird untersucht, unter welchen Bedingungen die Juliamenge zusammenhängend, eine Jordankurve, ein Jordanbogen bzw. total unzusammenhängend ist.

Labour market, employment and income in developing countries referring to economic globalisazion

Arbeitsmarkt, Beschäftigung und Einkommen in Entwicklungsländern im Kontext wirtschaftlicher Globalisierung

Contrary to the promises of the theory of economic globalization, there has been no world-wide convergence of employment and living standards in recent decades. Social inequality has been rising across and within nation states. Only sub-regions in East and South East Asia enjoyed high economic growth through trade and capital inflows, and were able to reduce poverty and catch up with the industrialized countries. Yet, this came at the expense of increased internal income differentiation. The large majority of developing countries experienced little or no economic improvement. Unemployment, informal and precarious employment, and poverty remained at high levels or have even increased.

Entgegen den Verheißungen der Globalisierungstheorie ist es in den vergangenen Jahrzehnten im Weltmaßstab nicht zu einer Angleichung der Beschäftigungs- und Lebensverhältnisse gekommen. Soziale Ungleichheit ist zwischen und innerhalb der Nationalstaaten gewachsen. Lediglich die Regionen in Ost- und Südostasien konnten durch Handel und Kapitalzuflüsse hohes Wirtschaftswachstum erzielen, die Armut reduzieren und gegenüber den Industriestaaten aufholen, allerdings um den Preis verstärkter Einkommensungleichheit innerhalb der Länder. Die große Mehrzahl der Entwicklungsländer konnte sich ökonomisch wenig oder nicht verbessern. Arbeitslosigkeit, informelle und prekäre Beschäftigung, sowie Armut verblieben auf hohem Niveau oder wuchsen teilweise noch an.

Zinkkomplexe mit neutralen N-Donorliganden als Katalysatoren der Ringöffnungspolymerisation von Lactid

Polylactide is a biobased and biodegradable plastic which, due to its favourable material properties, posseses the potential to compete against petrochemical-based plastics in many fields of application. Catalysts that are suitable for the production of polylactide under industrial conditions are rare. In the present work zinc complexes with neutral N-donor ligands that combine the necessary robustness towards air and moisture with high polymerisa-tion catalysis are used. By means of the class of guanidine quinoline hybrid ligands the ligand’s basicity was examined, because this feature plays a significant role in the polymerization catalysis. Using experimental and density functional theoretical studies the polymerization mechanism with this catalyst class could be elucidated. The polymerization proceeds via a coordination-insertion mechanism during which the neutral but highly nucleophilic guanidine function induces the ring-opening of the lactide. The influence of the catalyst structure on the stereoselectivity in lactide polymerization was studied by density functional theoretical, mechanistical calculations using the example of aluminium-based complexes and by experimental polymerization studies using the example of tin-based catalysts, with the result, that a high steric demand at suitable positions of the ligand could lead to a high influence on the stereoselectivity. With the objective of increasing the stereoselectivity of the guanidine quinoline catalysts, the ligands were modified by introduction of sterically demanding substituents. The resulting zinc complexes show activity in the lactide polymerization and with bis(chelate)-complexes an enrichment of heterotactic enchainments could be observed in the resulting polymer. Also zinc complexes with further guanidine ligands and other classes of neutral N-donor ligands (oxalic amidines, diamines and triazapentadienes) were successfully applied as catalysts of the lactide polymerization. Thus, the concept of obtaining robust and catalytically active zinc complexes could be confirmed for several classes of neutral N-donor ligands.

Polylactid ist ein biobasierter und biologisch abbaubarer Kunststoff, der aufgrund seiner hervorragenden Materialeigenschaften das Potenzial besitzt, auf fossilen Ressourcen basierende Kunststoffe in vielen Anwendungsbereichen zu ersetzen. Katalysatoren, die auch für die Herstellung von Polylactid unter industriellen Bedingungen geeignet sind, sind rar. In der vorliegenden Arbeit werden Zinkkomplexe mit neutralen N-Donorliganden in der Lactidpolymerisation eingesetzt, die die notwendige Robustheit gegenüber Luft und Feuchtig-keit aufweisen und gleichzeitig aktive Katalysatoren darstellen. Anhand der Klasse der Guanidin-Chinolin-Hybridliganden wurde die Basizität der Liganden untersucht, da diese bei der Polymerisationskatalyse eine entscheidende Rolle spielt. Durch experimentelle und dichtefunktionaltheoretische Studien konnte der Polymerisationsmechanismus mit dieser Katalysatorklasse aufgeklärt werden. Die Polymerisation verläuft über einen Koordinations-Insertions-Mechanismus, bei dem die neutrale aber stark nukleophile Guanidinfunktion die Ringöffnung des Lactids induziert. Der Einfluss der Katalysatorstruktur auf die Stereoselektivität in der Lactidpolymerisation wurde durch dichtefunktionaltheoretische, mechanistische Berechnungen am Beispiel von aluminiumbasierten Komplexen und durch experimentelle Polymerisationsstudien anhand von zinnbasierten Katalysatoren untersucht, mit dem Ergebnis, dass ein hoher sterischer Anspruch an geeigneten Positionen der Liganden einen hohen Einfluss auf die Stereoselektivität aufweisen kann. Mit dem Ziel, die Stereoselektivität der Guanidin-Chinolin-Katalysatoren zu erhöhen, wurden die Liganden durch die Einführung sterisch anspruchsvoller Substituenten modifiziert. Die resultierenden Zinkkomplexe zeigen Aktivität in der Lactidpolymerisation und bei Bis(chelat)-Komplexen konnte eine Anreicherung von heterotaktischen Sequenzen in den Polymeren beobachtet werden. Auch Zinkkomplexe mit weiteren Guanidinliganden und anderen Klassen neutraler N-Donorliganden (Oxalamidine, Diamine und Triazapentadiene) wurden erfolgreich als Ka-talysatoren der Lactidpolymerisation eingesetzt. Dadurch konnte das Konzept, mit neutralen Liganden robuste und katalytisch aktive Zinkkomplexe zu erhalten, für mehrere N-Donor-Ligandenklassen bestätigt werden.

Plurality and delimitation in gainful employment, citizen s commitment and in do-it-yourself-work

Pluralisierung und Entgrenzung in der Erwerbsarbeit, im Bürgerengagement und in der Eigenarbeit

Processes of plurality and delemitation have been accomplished not only in gainful employment, outside of gainful employment in the occupation areas of citizien's commitment and do-it-yourselfwork. In the practice of individuals this change does not reguire an active work structuring, but an individualised meaning formation too: individuals not only have to decide along changing work conditions when and where they do what. They have to decide about the special meaning of their work and to create new meaning patterns. The formation of new meaning patterns is no longer determined by social form of work itsself, but depends on the social area, in which the work will be done, as well as on individual motives, the biographical and social situation etc. It is an empirically open question, in which way the meaning patterns are created.

Nicht nur in der Erwerbsarbeit, auch jenseits der Erwerbsarbeit in den Tätigkeitsfeldern des Bürgeren-gagements und in der Eigenarbeit haben sich Prozesse der Pluralisierung und Entgrenzung durchgesetzt. Dieser Wandel verlangt in der Praxis der Individuen nicht nur eine aktive Tätigkeitsgestaltung, sondern auch eine individualisierte Sinnbildung: Individuen können und müssen nicht nur immer wieder entsprechend sich wandelnder Arbeitsbedingungen entscheiden, zu welcher Zeit und an welchem Ort sie welcher Tätigkeit nachgehen, sie müssen auch den jeweiligen Sinngehalt der Tätigkeiten individuell bestimmen und neue Sinnmuster entwerfen. Die Bildung neuer Sinnmuster ist nicht mehr überwiegend durch die Sozialform der Tätigkeiten selbst determiniert, sondern abhängig von dem sozialen Feld, in dem diese Tätigkeiten durchgeführt werden sowie durch individuelle Motive, der biographischen Situation, der sozialen Lage usw. bestimmt. Dabei ist es empirisch eine offene Frage, in welcher Weise derartige Sinnmuster gebildet werden.

Entwicklung eines Prozessmodells der Interpretation technischer Zeichnungen

Technical drawings are for the manufacturing industry indispensable to generate, storage and distribution of product data. Because of their analogy figurative form of presentation, it is still not succeeded in the implicit data presented by information capture and processes them. In the present work, a model is developed, which describes the basic principles by which implicitly assembly drawings presented in product data from the explicitly presented data can be derived. The model is based on an object and process analysis, in particular the conceptual confusion and eliminate ambiguities. The verification of the model is based on the Eye-Mind-Hypotheses using an Eye-Tracking examination and a specially developed appraises algorithms. The practical usefulness of the developed process model of subscription inter-pretation is that this is the basis for the formulation of the problem heuristics can serve the perspectives from which to propose drawing information to assess.

Technische Zeichnungen sind für die produzierende Industrie unerlässliche Medien zur Generierung, Speicherung und Distribution von Produktdaten. Aufgrund ihrer analog-bildlichen Präsentationsform ist es bis heute nicht gelungen, die implizit präsentierten Daten informationstechnisch erfassen und verarbeiten zu können. In der vorliegenden Arbeit wird ein Modell entwickelt, welches die grundlegenden Prinzipien beschreibt, nach denen implizit in Baugruppenzeichnungen präsentierte Produktdaten aus den explizit präsentierten Daten abgeleitet werden können. Das Modell wird auf der Basis einer Objekt- und einer Prozessanalyse entwickelt, welche insbesondere begriffliche Unklarheiten und Mehrdeutig-keiten eliminieren. Die Verifikation des Modells erfolgt auf der Grundlage der Eye-Mind-Hypothese mittels einer Eye-Tracking-Untersuchung und einem eigens hierfür entwickelten Auswertalgorithmus. Der praktische Nutzen des entwickelten Prozessmodells der Zeichnungsinterpretation besteht darin, dass dieses als Grundlage zur Formulierung von problemspezifischen Heuristiken dienen kann, welche Perspektiven vorschlagen, aus denen die Zeichnungsinformationen zu bewerten sind.

The lack of provision for disturbed children in problematic urban areas in the FRG has been known for years, but largely ignored. There is a general lack of easily accessible psycho-social aids for them, related to familiar and environmental influences everywhere. The results of the PISA-study concerning the correlation between social background, success at school and segregration in the FRG, the current chronification of child problems, the wearisome and often ineffective search by desperate families for appropriate ambulant aids and the increasing pressure of alien placement are all connected to this plight. The famous Bremer model of integration for physically and emotionally disturbed children is falling apart as well. The Bremer Town Musicians have stopped playing for the emotionally disturbed primary schoolchildren in problematic urban areas. Pedagogy is in danger of falling into neglect. Step by step the standards of care have been impaired for years and, with this, the preventive effects reduced; a city-wide, innovative model of cooperation of socially-engaged youth welfare is threatened in the area of further aids. Regional inconsistencies of the last ten years concerning the care of schoolchildren at the expense of discriminated families will be described and discussed here from a partial point of view at community-psychological level. They will be considered against the background of neo-liberal pressure to save money and a general situation of plight amongst children and families in the FRG. The prevalent helpless or intentional ignorance to this problem is cementing the bad situation. Public (professional) discussions are more urgent than ever.

Mangelversorgung für psychisch auffällige Schulkinder in sozialen Brennpunkten

Ex-chiral-pool-Synthese des (11R,13S,14R,15R)-Diastereomers von (‒)-Lytophilippin A

In 2004, the polyketide (‒)-lytophilippine A, which has an impressive structure and a large number of ste-reogenic carbon atoms (17), was isolated and characterized by Řezanka, Hanuš und Dembitsky from the cnidarian Macrorhynchia philippina. In 2011, Lee et al. reported the first total synthesis of (‒)-lytophilippine A (I) and noticed that the structure or configuration postulated by Řezanka et al. was erroneous by comparing the NMR data. A hint from Hodgson and in-house investigations of the data from Řezanka led to the consideration that the error of the configuration assignment is probably located in the tetrahydrofuran ring region (C11 to C15). For this reason, (11R,13S,14R,15R)-lytophilippine A has been identified as one of the possible diastereomers and was produced through a synthetic strategy that can potentially access all possible diastereomers of the tetrahydrofuran ring region of the natural product. The comparison of the NMR data of (11R,13S,14R,15R)-lytophilippine A with the data of the (‒)-lytophilippine A isolated by Řezanka et al. showed extensive global and solvent independent deviations of the 1H and 13C NMR chemical shifts, indicating a deep-seated and global misallocation of the natural product configuration.

Im Jahr 2004 wurde das Polyketid (‒)-Lytophilippin A, welches eine eindrucksvolle Struktur und große Anzahl von stereogenen Kohlenstoffatomen (17) aufweist, durch Řezanka, Hanuš und Dembitsky aus dem Nesseltier Macrorhynchia philippina isoliert und charakterisiert. 2011 veröffentlichten Lee et al. die erste Totalsynthese von (‒)-Lytophilippin A und stellten dabei über den Vergleich der NMR-Daten fest, dass die von Řezanka et al. postulierte Struktur oder Konfiguration fehlerhaft sei. Ein Hinweis von Hodgson und arbeitskreisinterne Untersuchungen der Daten von Řezanka führten zu der Überlegung, dass der Fehler der Konfigurationszuordnung wahrscheinlich im Tetrahydrofuranring-Bereich (C11 bis C15) angesiedelt sei. Aus diesem Grund wurde (11R,13S,14R,15R)-Lytophilippin A als eines der möglichen Diastereomere identifiziert und über eine Synthesestrategie, welche potenziell alle möglichen Diastereomere des Tetrahydrofuranring-Bereichs des Naturstoffs zugänglich machen kann, hergestellt. Der Vergleich der NMR-Daten von (11R,13S,14R,15R)-Lytophilippin A mit den Daten des von Řezanka et al. isolierten (‒)-Lytophilippin A zeigte umfangreiche globale und lösungsmittelunabhängige Abweichungen der 1H- und 13C-NMR chemischen Verschiebungen, was auf eine tiefsitzende und globale Fehlzuordnung der Konfiguration des Naturstoffs hinweist.

In this thesis the flux of high-energy muons in the energy regime from 10 TeV to 1 PeV is reconstructed and analyzed using data collected with the IceCube detector in the time span 13.05.2011 to 15.05.2012. From a data set containing muon bundles only those events are selected which contain a muon that is energetically dominating the others in the bundle. For the separation a Random Forest model is applied, resulting in a data set of high-energy muons with an efficiency of (40,8 +- 0,6) % and a purity of (93,1 +- 0,4) %. Attributes considered in the separation are selected by the mRMR algorithm. The energy spectrum of muons is reconstructed with a regularized unfolding using the software TRUEE. The hypothesis of a prompt and a conventional component of atmospheric muons results in flux normalizations of N(conv.)=(1,03 +- 0,06) und N(prompt)=(1,58 +- 1,57)$. Due to the large uncertainty of the prompt component, the hypothesis of a pure conventional flux cannot be excluded. Using these normalizations, it is possible to determine if the measured high-energy neutrino flux above 60 TeV is of atmospheric origin. The p-value for this hypothesis is found to be 0.045, which indicates the need of an astrophysical component to explain the excess at high energies.

Charmante Myonen im Eis

Bulk-robust assignment problems: hardness, approximability and algorithms

This thesis studies robust assignment problems with focus on computational complexity. Assignment problems are well-studied combinatorial optimization problems with numerous practical applications, for instance in production planning. Classical approaches to optimization expect the input data for a problem to be given precisely. In contrast, real-life optimization problems are modeled using forecasts resulting in uncertain problem parameters. This fact can be taken into account using the framework of robust optimization. An instance of the classical assignment problem is represented using a bipartite graph accompanied by a cost function. The goal is to find a minimum-cost assignment, i.e., a set of resources (edges or nodes in the graph) defining a maximum matching. Most models for robust assignment problems suggested in the literature capture only uncertainty in the costs, i.e., the task is to find an assignment minimizing the cost in a worst-case scenario. The contribution of this thesis is the introduction and investigation of the Robust Assignment Problem (RAP) which models edge and node failures while the costs are deterministic. A scenario is defined by a set of resources that may fail simultaneously. If a scenario emerges, the corresponding resources are deleted from the graph. RAP seeks to find a set of resources of minimal cost which is robust against all possible incidents, i.e., a set of resources containing an assignment for all scenarios. In production planning for example, lack of materials needed to complete an order can be encoded as an edge failure and production line maintenance corresponds to a node failure. The main findings of this thesis are hardness of approximation and NP-hardness results for both versions of RAP, even in case of single edge (or node) failures. These results are complemented by approximation algorithms matching the theoretical lower bounds asymptotically. Additionally, we study a new related problem concerning k-robust matchings. A perfect matching in a graph is $k$-robust if the graph remains perfectly matchable after the deletion of any k matching edges from the graph. We address the following question: How many edges have to be added to a graph to make a fixed perfect matching k-robust? We show that, in general, this problem is as hard as both aforementioned variants of RAP. From an application point of view, this result implies that robustification of an existent infrastructure is not easier than designing a new one from scratch.

Diese Dissertation behandelt robuste Zuordnungsprobleme mit dem Schwerpunkt auf deren komlexitätstheoretischen Eigenschaften. Zuordnungsprobleme sind gut untersuchte kombinatorische Optimierungsprobleme mit vielen praktischen Anwendungen, z. B. in der Produktionsplanung. Klassische Ansätze der Optimierung gehen davon aus, dass die Inputdaten eines Problems exakt gegeben sind, wohingegen Optimierungsprobleme aus der Praxis mit Hilfe von Voraussagen modelliert werden. Daraus folgen unsichere Problemparameter, woran die Robuste Optimierung ansetzt. Die Unsicherheit wird mit Hilfe einer Szenarienmenge modelliert, die alle möglichen Ausprägungen der Problemparameter beschreibt. Eine Instanz des klassischen Zordnungsproblems wird mit Hilfe eines Graphen und einer Kostenfunktion beschrieben. Die Aufgabe besteht darin, eine Zuordnung mit minimalen Kosten zu finden. Eine Zuordnung ist eine Teilmenge an Ressourcen (Kanten oder Knoten des Graphen), die ein kardinalitätsmaximales Matching induziert. In der Literatur sind überwiegend robuste Zuordnungsprobleme untersucht, die Unsicherheit in den Kosten behandeln, in diesem Fall besteht die Aufgabe darin, eine Zuordnung mit minimalen Kosten im Worst-Case-Szenario zu finden. Diese Dissertation dient der Einführung und Untersuchung des Robust Assignment Problem (RAP) welches Kanten- und Knotenausfälle modelliert; wobei die Kosten determinisitsch sind. Ein Szenario ist durch jene Teilmenge an Ressourcen definiert, welche gleichzeitig ausfallen können. Wenn ein Szenario eintritt, werden die jeweils ausfallenden Ressourcen aus dem Graphen entfernt. In RAP besteht das Ziel darin, eine Menge an Ressourcen mit minimalen Kosten zu finden, die robust gegenüber allen möglichen Ereignissen ist, d. h. eine Ressourcenmenge die für alle Szenarien eine gültige Zuordnung enthält. So kann beispielsweise in der Produktionsplanung der Mangel an Materialien, die für einen Auftrag benötigt werden, als Kantenausfall und die wartungsbedingte Abschaltung einer Produktionslinie als Knotenausfall modelliert werden. Die Hauptergebnisse dieser Arbeit sind Nichtapproximierbarkeits- und NP-Schwierigkeitsresultate beider RAP-Versionen, die bereits für die Einschränkung zutreffen, dass nur einzelne Kanten oder Knoten ausfallen können. Diese Ergebnisse werden durch Approximationsalgorithmen ergänzt, die die theoretischen Approximationsschranken asymptotisch erreichen. Zusätzlich wird ein neues, verwandtes Optimierungsproblem untersucht, welches sich mit k-robusten Matchings beschäftigt. Ein perfektes Matching in einem Graphen ist k-robust, wenn der Graph nach dem Löschen von k Matchingkanten weiterhin ein perfektes Matching besitzt. Es wird der Frage nachgegangen, wie viele Kanten zum Graphen hinzugefügt werden müssen, um ein gegebenes Matching k-robust zu machen. Dabei wird gezeigt, dass dieses Problem im Allgemeinen aus komplexitätstheoretischer Sicht genauso schwierig ist, wie die zuvor erwähnten RAP-Varianten. Aus der Anwendungsperspektive bedeutet dieses Resultat, dass die Robustifikation einer bestehender Infrastruktur nicht einfacher ist, als sie von Grund auf neu zu entwerfen.

Bemessungserddruck und Setzungsentwicklung bei integralen Brücken

Design earth pressure and development of settlement at integral abutment bridges:The present thesis comprises extensive investigations and presentations of the design earth pressure and the development of settlement at integral bridges. At integral abutment bridge structures, the interaction between the structure and the soil plays an important role, since various constrained loads from the bridge superstructure are rather transferred directly via the abutments to the adjacent backfill. The design approach of the earth pressure for abutment walls by VOGT used in Germany is validated. In addition, a simplified design approach is proposed based on findings from numerical calculations and measurements from a sample project. Besides this thesis contains detailed numerical investigations regarding cyclic earth pressure on abutment walls as well as the settlement behavior of the adjacent backfill using four different material models: Hardening-Soil, hypoplasticity with and without intergranular expansion and neohypoplasticity Some of the insights were already gained within the first year of the sample research project (DFG project number 397521181). The so-called daily cycles which can be traced back to temperature differences between day and night were already well perceived in soil pressure measurements.

Die vorliegende Arbeit umfasst umfangreiche Untersuchungen und Darstellungen zum Bemessungserddruck und zur Setzungsentwicklung bei integralen Brücken. Bei integralen Brückenbauwerken spielt die Interaktion zwischen Bauwerk und Baugrund eine bedeutende Rolle, da diverse Zwangsbeanspruchungen aus dem Brückenüberbau direkt über die Widerlager auf die angrenzende Hinterfüllung übertragen werden. Der in Deutschland angewandte Bemessungsansatz des Erddrucks für Widerlagerwände von VOGT wird validiert. Darüber hinaus wird auf Grundlage der eigenen Erkenntnisse aus numerischen Berechnungen und Messungen am Beispielprojekt ein vereinfachter Bemessungsansatz vorschlagen. Außerdem beinhaltet die Arbeit ausführliche numerische Untersuchungen zum zyklischen Erddruck auf Widerlagerwände sowie zum Setzungsverhalten der angrenzenden Hinterfüllung mit vier verschiedenen Stoffmodellen: Hardening-Soil, Hypoplastizität mit und ohne intergranulare Dehnung und Neohypoplastizität. Im Transfer-Forschungsprojekt (DFG-Projektnummer 397521181) konnten innerhalb des ersten Jahres bereits einige Erkenntnisse gewonnen werden. Es lassen sich die sog. Tageszyklen, die auf Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht zurück zu führen sind, in den Erddruckmessungen gut erkennen.

Analysis of neutrino interactions and search for neutral heavy particles with the front calorimeter of the NOMAD experiment

The NOMAD detector at CERN was designed for the appearance search of tau neutrinos in the CERN wide-band neutrino beam, predominantly composed of muon type neutrinos. Neutrino interactions in the front calorimeter (FCAL) of the detector accumulated during the 1996-1998 data taking periods have been analyzed. A search for muon type neutral heavy leptons (NHL) produced by neutral-current muon neutrino interactions in the FCAL target and decaying into final states including a muon has been conducted. No evidence for the existence of such a particle has been found. The results have been parametrized in terms of a Grand Unification Theory (GUT) NHL predicted to behave as a singlet under weak-isospin group of the Standard Model of particle physics.

Der NOMAD-Detektor am CERN wurde für die Suche nach Tau-Neutrinos im CERN Breitband-Neutrino-Strahl, der hauptsächlich aus Myon-Neutrinos besteht, konzepiert. Neutrino-Wechselwirkungen im Front-Kalorimeter (FCAL) des Detektors der Datennahme-Perioden 1996-1998 wurden analysiert. Eine Suche nach schweren neutralen Leptonen (NHL) wurde durchgeführt, die in schwachen neutralen Myon-Neutrino Wechselwirkungen im FCAL-Target erzeugt werden und in Endzustände zerfallen, die ein Myon enthalten. Kein Anzeichen für die Existenz eines solchen Teilchen wurden gefunden. Die Ergebnisse wurden im Rahmen einer Theorie der Großen Vereinheitlichung (GUT) parametrisiert, in dem das schwere neutrale Lepton als Singulet unter der Gruppe des schwachen Isospins des Standard Models der Teilchenphysik vorhergesagt wird.

Entwicklung und Erprobung eines Verfahrens zur Bestimmung von Methanol und Ethanol in Außenluft

In this work a method is described for the discontinuous determination of methanol and ethanol and for the continuous determination of ethanol in ambient air. A scrubber-coil is used for sampling and enrichment of the analyte from air in an aqueous solution, which is analysed enzymatically. The measurement of methanol and ethanol is based on the use of the enzym alkoholoxidase, the product H2O2 can be detected by fluorimetry. It is further possible to determine ethanol by the enzym alcoholdehydrogenase and the coenzym nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+), which can be used as a reagent solution in the scrubber-coil. The detection limit of the systems were found to be 6,03 ppbv for methanol and 21,10 ppbv for ethanol with the enzym alcoholoxidase and 2,38 ppbv for ethanol by using the enzym alcoholdehydrogenase. The applicability of the developed methods were demonstrated during a field campain in São Paulo and Cubatão/Brazil in april/may 1996.

In dieser Arbeit werden Methoden zur diskontinuierlichen Bestimmung von Methanol und Ethanol sowie zur kontinuierlichen Bestimmung von Ethanol in Außenluft beschrieben. In einer sogenannten Glas-Wendel wird die Außenluft in einer wässrigen Lösung angereichert und anschließend enzymatisch bestimmt. Methanol und Ethanol werden mit Hilfe des Enzyms Alkoholoxidase oxidiert, das Reaktionsproduktes H2O2 wird fluorimetrisch detektiert. Ethanol konnte zusätzlich mit Hilfe des Enzyms Alkoholdehydrogenase und des Coenzyms Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid (NAD+) bestimmt werden, da dieses als Absorberlösung in der Glas-Wendel fungieren kann. Mit den beschriebenen Analysensystemen konnten für die Alkoholoxidase-Reaktion Nachweisgrenzen für Methanol von 6,03 ppbv und für Ethanol von 21,10 ppbv erreicht werden, für die Alkoholdehydrogenase-Reaktion betrug die erzielte Nachweisgrenze für Ethanol 2,38 ppbv. Die entwickelten Probenahmesysteme wurden während einer Meßkampagne im April/Mai 1996 in São Paulo und Cubatão/ Brasilien zur Bestimmung von Methanol und Ethanol in Außenluft eingesetzt.

3-loop contributions to heavy flavor Wilson coefficients of neutral and charged current DIS

The present thesis presents the calculation of higher order corrections to the structure functions of deep-inelastic scattering. In particular heavy quark effects in QCD corrections are determined on the 3-loop level. In the asymptotic region Q^2 >> m^2, the heavy flavor Wilson coefficients can be represented in terms of the light flavor Wilson coefficients and the massive operator matrix elements (OMEs). New contributions to the OMEs A_{gq,Q} and A_{gg,Q} are obtained. Furthermore, methods for the computer algebraic computation of ladder diagrams are given, making use of different representations of generalized hypergeometric functions and Appell functions. Here symbolic summation techniques are applied. For the calculation of graphs with two disjoint massive cycles, these methods are altered including Mellin-Barnes integrals and properties of iterated integrals. Finally, for the process of charged current deep-inelastic scattering, the complete 2-loop corrections to the heavy flavor Wilson coefficients are constructed and given in x-space and Mellin-space. The results of the thesis are necessary for the precise determination of the parton densities (PDFs) and the strong coupling constant at 3-loop precision.

Die vorliegende Dissertation behandelt die Berechnung höherer Korrekturen zu den Strukturfunktionen der tiefinelastischen Streuung. Insbesondere werden Effekte schwerer Quarks in QCD-Korrekturen auf dem Drei-Schleifen-Niveau bestimmt. In dem asymtotischen Bereich Q^2 >>m^2 ergeben sich die schweren Wilsonkoeffizienten aus den leichten Wilsonkoeffizienten und den massiven Operatormatrixelementen (OMEs). Es werden neue Beiträge zu den OMEs A_{gq,Q} und A_{gg,Q} berechnet. Ferner werden Methoden für die computeralgebraische Berechnung von Leiterdiagrammen angegeben, wobei von Darstellungen generalisierter hypergeometrischer Funktionen und Appell-Funktionen Gebrauch gemacht wird. Hierbei kommen symbolische Summationstechniken zum Einsatz. Für die Berechnung von Graphen mit zwei disjunkten massiven Zyklen werden diese Methoden erweitert um Mellin-Barnes-Integrale und Eigenschaften iterierter Integrale. Schliesslich werden für den Fall der tiefinelastischen Streuung im geladenen Strom die kompletten Zwei-Schleifen-Korrekturen für die schweren Wilsonkoeffizienten konstruiert und im x- und N-Raum angegeben. Die Ergebnisse sind notwendig für eine präzise Bestimmung der Partondichten (PDFs) und der starken Kopplungskonstante zu Drei-Schleifen-Präzision.

Studies on the interaction between the molecular chaperone DnaK and Nucleotide exchange factor GrpE from Thermus thermophilus

In the living cell, proteins need molecular chaperones to prevent off pathway folding. The molecular chaperone DnaK from T.thermophilus belongs to the Hsp70 family. Hsp70 proteins are composed of a highly conserved N-terminal part that comprises the ATPase domain and a less conserved C-terminal peptide binding domain. DnaK cycles between an ADP-bound, high affinity state that tightly binds unfolded substrate and ATP-bound, low affinity state that weakly binds unfolded substrate. GrpE serves as a nucleotide exchange factor, facilitating the release of ADP in exchange for ATP. With the assistance of GrpE, DnaK is re-converted from the ADP-state into the ATP-state. The GrpE protein forms dimers in solution and its structure could be divided into three regions: paired N-terminal ?-helices, four helix bundles, and the C-terminal domains. According to the yield of recovery of enzymatic activity mediated by the DnaK-ClpB system we found that urea-denatured Lactate dehydrogenase (LDH) from S.scrofa (pig) muscle and heat-inactivated LDH from B.stearothermophilus could be suitable model substrates for the DnaK-ClpB chaperone system from T.thermophilus. Using the fluorescence correlation spectroscopy technique it was observed that GrpE wild type binds to a DnaK-ADP and DnaK-peptide complex. These results lead us to suggest that GrpE plays a role not only in nucleotide exchange but that it is also involved in stimulation of a substrate release. In this thesis we reported for the first time that GrpE wild type interacts with DnaK in the ATP-bound form. It was also observed for the first time that a covalent link between the ATPase and peptide binding domain of DnaK is likely not important for the interaction between DnaK and GrpE. In this work the contribution of the ?-helical part of GrpE (GrpE(?C)) to interactions with DnaK was defined. Investigations of the interaction between GrpE(?C) and DnaK using Ni-NTA columns and C8-coupled ATP-agarose revealed that the ?-helical part of GrpE binds specifically to DnaK. The specificity is related to the nature of nucleotide bound to the ATPase domain of DnaK. In the presence of ADP GrpE(?C) binds to DnaK while in the presence of ATP the interaction between these proteins was not observed. This finding implies that ATP induces a conformational change in DnaK in such a way to abolish binding of the ?-helical part of GrpE. Therefore it is possible that ATP determines not only the substrate affinity of DnaK but it also regulates binding of the N-terminal ?-helical tail of GrpE. Another explanation of the disruption of GrpE(?C)-DnaK interactions in the presence of ATP is based on two observations obtained using the fluorescence correlation spectroscopy technique: (1) the single ATPase domain and peptide binding domain of DnaK lacking a covalent link are able to interact in the presence of GrpE; (2) GrpE wild type interacts with DnaK in the presence of ATP. These findings imply that the GrpE ?-sheet domain recognises the ATP-bound state of DnaK followed by signal transduction into the peptide binding domain of DnaK via the GrpE long ?-helical tail which stimulates movement of the peptide binding domain away from the GrpE ?-helical part. Using urea-denatured Lactate dehydrogenase from S.scrofa muscle as a model substrate bound to DnaK, we found evidence that the ?-helical part of GrpE competes with the substrate for the DnaK peptide binding domain. It represents a very good framework for defining the mechanism by which GrpE(?C) could possibly stimulate substrate release from DnaK. Based upon all these observations, a mechanism for regulation of the DnaKTth chaperone cycle on the level of the DnaKTth-GrpETth interactions was postulated.

In lebenden Zellen benötigen Proteine molekulare Chaperone um Aggregation zu vermeiden. Das molekulare Chaperon DnaK aus T.thermophilus gehört zur Hsp70-Familie. Hsp70-Proteine bestehen aus einer hochkonservierten N-terminalen ATPase-Domäne und einer weniger konservierten C-terminalen Peptidbindungsdomäne. DnaK wechselt zwischen einem ADP-gebundenen hochaffinen Zustand, in welchem ungefaltete Substrate fest gebunden werden und einem ATP-gebundenen niedrigaffinen Zustand, in welchem ungefaltete Substrate schwach gebundenen werden. GrpE dient als Nukleotidaustauschfaktor, indem es die Freisetzung von ADP durch Austausch von ATP ermöglicht. Mit Hilfe von GrpE wird DnaK vom ADP- in den ATP-Zustand zurückgewandelt. Das GrpE-Protein bildet in Lösung Dimere, deren Struktur in drei Regionen eingeteilt werden können: die gepaarten N-terminalen ?-Helices, ein Bündel aus vier Helices und die C-terminalen Domänen. Gemäß der Ausbeute an regenerierter Enzymaktivität durch das DnaK-ClpB-System haben wir herausgefunden, dass Harnstoff-denaturierte Lactatdehydrogenase (LDH) aus S.scrofa (Schwein) Muskel und Hitze-deaktivierte LDH aus B.stearothermophilus die passenden Modellsubstrate für das DnaK-ClpB-Chaperon-System von T.thermophilus sein könnten. Unter Verwendung der Fluoreszenz-Korrelationspektroskopie-Technik wurde beobachtet, dass GrpE-Wildtyp sowohl den DnaK-ADP als auch den DnaK-Peptid-Komplex bindet. Dieses Ergebnis führte uns zu der Annahme, dass GrpE nicht nur eine Rolle im Nukleotidaustausch spielt, sondern auch an der Stimulation der Substratfreisetzung beteiligt ist. In der vorliegenden Arbeit berichten wir zum ersten Mal, dass GrpE-Wildtyp mit DnaK in der ATP-gebundenen Form interagiert. Es wurde auch zum ersten Mal beobachtet, dass eine kovalente Bindung zwischen der ATPase- und Peptidbindungsdomäne von DnaK für die Wechselwirkung zwischen DnaK und GrpE wahrscheinlich nicht notwendig ist. In der vorliegenden Arbeit wurde weiterhin der Einfluss der N-terminalen ?-Helices von GrpE (GrpE(?C)) auf die Wechselwirkung mit DnaK bestimmt. Untersuchungen der Wechselwirkung zwischen GrpE(?C) und DnaK unter Verwendung von Ni-NTA-Säulen und C8-gekoppelter ATP-Agarose haben ergeben, dass der ?-helikale Teil von GrpE spezifisch an DnaK bindet. Diese Spezifität wird durch die Art des an die ATPase-Domäne gebundenen Nukleotids bestimmt. In Anwesenheit von ADP bindet GrpE(?C) an DnaK während diese Wechselwirkung zwischen den Proteinen in der Anwesenheit von ATP nicht beobachtet wurde. Dieses Ergebnis impliziert, dass ATP eine Änderung der Konformation von DnaK bewirkt, indem die Bindung zum ?-helikalen Teil von GrpE gelöst wird. Daher ist es möglich, dass ATP nicht nur die Substrataffinität von DnaK bestimmt, sondern auch die Bindung des N-terminalen Teils an GrpE reguliert. Eine andere Erklärung für die Auflösung der GrpE(?C)-DnaK-Wechselwirkung in Anwesenheit von ATP basiert auf zwei durch die Verwendung der Fluoreszenz-Korrelationspektroskopie-Technik erhaltenen Beabachtungen: 1.) einzelne ATPase-Domänen und Peptidbindungsdomänen von DnaK können trotz fehlender kovalenter Bindung in Anwesenheit von GrpE miteinander wechselwirken; 2.) der GrpE-Wildtyp interagiert in Anwesenheit von ATP mit DnaK. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass die GrpE-?-Faltblattdomäne den ATP-gebundenen Zustand von DnaK erkennt, worauf eine Signalweitergabe an die Peptidbindungsdomäne von DnaK über das lange ?-Helix-Ende von GrpE erfolgt, welches eine Bewegung der Peptidbindungsdomäne weg vom GrpE-?-Helix-Teil stimuliert. Unter Verwendung von Lactatdehydrogenase aus Schweinemuskel als Modellsubstrat für die Bindung an DnaK haben wir Beweise dafür gefunden, dass der ?-helikale Teil von GrpE mit dem Substrat um die DnaK-Peptidbindungsdomäne konkurriert. Dieses bietet einen guten Ausgangspunkt zur Erklärung des Mechanismus, durch welchen GrpE(?C) möglicherweise die Substratfreisetzung von DnaK stimuliert. Basierend auf den erhaltenen Ergebnissen wurde ein Mechanismus für die Regulierung des DnaKTth-Chaperon-Zyklus auf Ebene der DnaKTth-GrpETth-Wechselwirkung postuliert.

Development of a conformation sensitive assay for the detection of inter-domain interactions mediated by allosteric akt inhibitors

In addition to the catalytically active kinase domain, many kinases feature regulatory domains that govern their activity. Modulating and interfering with these inter-domain interactions presents a major opportunity for understanding biological systems and developing innovative therapeutics. Therefore, small molecule inhibitors that target these interactions with an allosteric mode of action have great value and higher intrinsic selectivity, as these interactions are often unique for a single kinase or kinase family. Protein Kinase B (PKB, also known as Akt) is such a multi-domain kinase and represents an important target in cancer research. A number of allosteric inhibitors have been reported for Akt over the last years, with one of them currently in clinical phase II trials. Their mode of action requires the presence of a regulatory PH domain as they bind at the PH/kinase domain interface, locking Akt into an inactive conformation. This unique binding site enables an extraordinary high selectivity and therefore low off-target toxicity. However, all known inter-domain inhibitors so far are based on the same scaffold, and the discovery of new chemical entities is hampered by the lack of methods to identify such inhibitors in high-throughput screens. This thesis describes the development of iFLiK (interface-FLiK), a fluorescence-based assay that can monitor such inter-domain interactions. Guided by X-ray crystal structures, the assay was designed to sense the conformational changes of the protein associated with these interactions by attaching an environmentally sensitive fluorophore to a suitable site. In order to establish the assay, a series of probe molecules were synthesised and tested for their inhibitory activity in in vitro and cellular assays. Furthermore, the proteins required for iFLiK were expressed in insect cells and labelled with various fluorophores, systematically assessing their suitability to report on protein conformations. iFLiK could easily distinguish allosteric from classic ATP-competitive inhibitors, thereby providing a proof of principle that solvatochromic fluorophores are capable to monitor protein-protein interactions when attaching the sensor to the correct position. After extensive and careful assay optimisation and validation with orthogonal assay systems, an in-house library was screened with iFLiK. Novel compounds with a scaffold that was previously not described as allosteric Akt inhibitors were identified.

Die Aktivität vieler Proteinkinasen wird durch das Zusammenspiel der Kinasedomäne mit zusätzlichen regulatorischen Domänen gesteuert. Daher besitzen niedermolekulare Verbindungen, die solche Interdomänen-Interaktionen allosterisch adressieren und modulieren können, einen großen Wert in der chemischen Biologie und der Pharmaforschung, da diese Interaktionen oft spezifisch für bestimmte Kinasen bzw. Kinasefamilien sind, und somit im Gegensatz zu klassischen ATP-kompetitiven Inhibitoren eine höhere Selektivität versprechen. Die Proteinkinase B (PKB, auch genannt Akt) ist eine solche Multidomänen-Kinase und stellt ein wichtiges Zielprotein in der Krebsforschung dar. Im Hochdurchsatzscreening wurden in den letzten Jahren eine neue Familie von allosterischen Akt Inhibitoren entdeckt, deren Wirkmechanismus die Anwesenheit einer regulatorischen PH Domäne voraussetzt, da sie in einer Bindungstasche an der Grenzfläche zwischen der Kinase- und PH Domäne binden und dadurch Akt in einer inaktiven Konformation arretieren. Diese einzigartige Bindetasche führt zu einer außergewöhnlich hohen Selektivität und somit in vivo potenziell niedrigen Toxizität durch Reduktion unerwünschter Arzneimittelwirkungen. Allerdings basieren alle bisher bekannten Interdomänen-Inhibitoren auf demselben chemischen Grundgerüst, und die Identifizierung von neuartigen Leitstrukturen wird durch den Mangel an geeigneten Hochdurchsatzmethoden ausgebremst. In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung von iFLiK (interface-FLiK) beschrieben, einem Fluoreszenz-basierten Assay, der solche Interdomänen-Interaktionen detektieren kann. Die für iFLiK benötigten Proteine wurden anhand kristallographischer Informationen konzipiert, in Insektenzellen exprimiert und schließlich mit verschiedenen Fluorophoren gekuppelt, um ihre Eignung als Sensoren für Proteinkonformationen sys-tematisch zu untersuchen. Zur Etablierung des Assays wurden zudem eine Reihe von Sondenmolekülen synthetisiert und auf ihre biologische Aktivität in vitro und in BT474 Zellen untersucht. Mit iFLiK konnten allosterische Inhibitoren von ATP-kompetitiven unterschieden und somit ein Machbarkeitsbeweis erbracht werden, dass solvatochrome Fluorophore zur Detektion von Protein-Protein-Interaktionen geeignet sind, wenn der Fluorophor an der korrekten Stelle angebracht ist. Nach sorgsamer und eingehender Assayoptimierung sowie Validierung mit orthogonalen Assaysystemen wurde eine interne Substanzbibliothek mit iFLiK durchmustert. Dadurch konnten Verbindungen mit einem neuartigen Grundgerüst gefunden werden, die vorher nicht als allosterische Akt Inhibitoren bekannt waren.

Wechselwirkung von Nichtgleichgewichtsplasmen mit kontrollierter Atmosphäre zur effizienten Ionisierung molekularer Analyten

The ionization of the analytes is an integral part of mass spectrometry. This work investigates two promising plasma sources regarding their mechanisms to ionize analytes for mass spectrometry. The rst discharge is the dielectric barrier discharge, the second the exible microtube plasma. To investigate the plasma and ionization mechanisms systematically, both discharges were put in a system to operate them under controlled atmospheric conditions. Using these systems, signicant improvements were made regarding the ionisation e ciency and subsequently the possible limits of detection for the used analytes were improved. Deeper insights in the plasma processes for ionization were made possible using the newly developped setups. As a last step, the capability of the controlled atmosphere discharges to use them as ionization source for the detection of biomedically relevant analytes such as potential biomarkers for cancer was proofed.

Die Ionisierung von Analyten ist ein wesentlicher Bestandteil der Massenspektrometrie. Die vorliegende Arbeit erforscht im Wesentlichen zwei Plasmaquellen im Hinblick auf die vorliegenden Mechanismen zur Ionisierung von Analyten für die Massenspektrometrie. Dabei handelt es sich zum einen um die dielektrisch behinderte Entladung (DBDI) und zum anderen um die flexible Mikrokapillarentladung (FµTP). Um die Mechanismen systematisch zu untersuchen wurde für beide Entladungen ein experimenteller Aufbau so konstruiert, dass Messungen unter kontrollierten atmosphärischen Bedingungen möglich sind. So konnte die so erzeugte künstliche Atmosphäre für die jeweilige Entladung auf die zu ionisierenden Analyten angepasst werden und Prozesse und Mechanismen besser verstanden werden. Dies führte schließlich zu signifikant verbesserten Nachweisgrenzen für die verwendeten Analyten und schließlich auch zu einem tieferen Verständnis für die ablaufenden Prozesse. In einem letzten Schritt wird in dieser Arbeit gezeigt, dass so auch biomedizinisch relevante Analyten präzise gemessen werden können, welche auch als potenzielle Biomarker für Krankheiten wie Krebs eine Rolle spielen.

Employee ownership: A review of current research on the psychological effects

The paper reviews the current empirical research on psychological effects of employee ownership. Empirical findings support the assumption that employee ownership leads to intended productivity enhancing attitudinal and behavioural changes only if it is linked to a significant increase of participation in decision making and the development of individuals´ feelings of (co-)ownership towards the organization ("psychological ownership"). Relationships to the research on organizational / industrial democracy are outlined and the function of employee ownership within post-tayloristic work settings is reflected.

Mitarbeiterkapitalbeteiligungen

Synthese und biologische Evaluierung von Inhibitoren der Acyl-Protein-Thioesterase 1

Different covalently lipidated proteins play decisive roles in biological signal transduction. The lipid modifications of the proteins are usually essential for their correct biological function. One class of those proteins, the Ras proteins, are involved in signal transduction processes, that are responsible for controlled cell growth and proliferation. Besides others, one essential lipid modification of Ras proteins is the S-palmitoylation of cysteine residues. Only few is known about the molecular machinery of the palmitoylation process. One enzyme, that is thought to be the first bona fide player in palmityolation / depalmitoylation cycles of Ras proteins is the Acyl-Protein-Thioesterase 1 (APT1). To get a better understanding of the physiological role of the APT1, inhibitors of the enzyme were designed, synthesized and biologically evaluated.

In die während der biologischen Signaltransduktion ablaufenden Prozesse sind eine Vielzahl unterschiedlicher Proteine eingebunden, von denen sich einige durch kovalent gebundene Lipidreste auszeichnen. Diese Lipidmodifizierungen sind in den meisten Fällen essenziell für eine korrekte Funktion der betreffenden Proteine. Prominente Vertreter sind die sogenannten Ras-Proteine. Sie sind in Signaltransduktionskaskaden involviert, über die unter anderem das Zellwachstum und die Zellteilung gesteuert werden. Unter den Lipidmodifizierungen, die bei Ras-Proteinen essenziell sind, befindet sich neben anderen die S-Palmitoylierung interner Cysteine. Im Hinblick auf die molekulare Maschinerie und Bedeutung der Palmitoylierung herrscht gegenwärtig Unklarheit. Ein Enzym, das eine regulierende Rolle bei der Palmitoylierung / Depalmitoylierung von Ras-Proteinen spielen könnte, ist die Acyl-Protein-Thioesterase 1 (APT1). Um Aussagen über die physiologische Rolle der APT1 treffen zu können, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Inhibitoren des Enzyms konzipiert, synthetisiert und in zellbiologischen Untersuchungen deren biologische Wirksamkeit evaluiert.

Evolution of Quantum Algorithms using Genetic Programming

Automatic quantum circuit design is motivated by the difficulties in manual design, because quantum algorithms are highly non-intuitive and practical quantum computer hardware is not yet available. Thus, quantum computers have to be simulated on classical hardware which naturally entails an exponential growth of computational costs and allows only to simulate small quantum systems, i. e., with only few qubits. Huge search spaces render evolutionary approaches nearly unable to achieve breakthrough solutions in the development of new quantum algorithms. Consequently, at present we must be content to evolve essentially already existing (black-box) quantum algorithms. This thesis presents empirical results on the evolution of quantum circuits using genetic programming. For that purpose, a linear and a linear-tree GP system (allowing intermediate measurements) with integrated quantum computer simulator were implemented. Their practicality in evolving quantum circuits is shown in different experiments for 1-SAT (solutions act like Hogg's algorithm) and the Deutsch-Jozsa problem. These experiments confirm that the evolution of quantum circuits is practically feasible only for sufficiently small problem instances. In this context, scalability and the detection of scalability becomes very important. It is shown that scalable quantum circuits are evolvable to a certain degree: a general quantum circuit can be inferred manually from the evolved solutions for small instances of the given problem. Besides, further experiments indicate that 're-evolution' is effective for the evolution of scalable quantum circuits. With this method the start population of a problem instance is inoculated with evolved solutions for a smaller problem instance. Furthermore, investigations of fitness landscapes and selection strategies are made, with the aim of improving the efficiency of evolutionary search. A notable result is that using the crossover operator damages rather than benefits evolution of quantum circuits.

Quantenalgorithmen sind hochgradig unintuitiv und einsetzbare Quantenrechner sind (noch) nicht verfügbar. Dies erschwert den manuellen Entwurf von Quantenalgorithmen und motiviert die Suche nach Techniken zum computerunterstützten bzw. automatischen Entwurf. Simulationen von Quantenschaltkreisen (QS) auf konventionellen Rechnern sind aber leider sehr rechenintensiv. Aufgrund der (in der Anzahl der Qubits) exponentiell anwachsenden Kosten ist nur eine Simulation kleiner Quantensysteme (mit wenig Qubits) akzeptabel. Zudem sind die Suchräume quasi beliebig groß,worin wohl auch begründet liegt, warum der evolutionäre Ansatz bislang nicht zu einem Durchbruch in der Entwicklung neuer Quantenalgorithmen führte. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt muss man sich daher mit der Evolution bekannter (black-box) Quantenalgorithmen begnügen. Die vorliegende Arbeit präsentiert empirische Ergebnisse zur Evolution von QS mit Hilfe des Genetischen Programmierens. Für die Experimente wurde ein effizienter Quantensimulator entwickelt, der in einem umgebenden GP-System zum Einsatz kommt. Dabei wurden zunächst linear-tree (erlaubt Zwischenmessungen), später auch rein lineare Genom-Strukturen für die Programmrepräsentation verwendet. Die Evolvierbarkeit von QS wird an Hand von Experimenten für kleine Probleminstanzen des 1-SAT Problems und des Deutsch-Jozsa Problems gezeigt. Die Experimente bestätigen, dass die Evolution von QS nur für genügend kleine Probleminstanzen praktisch machbar ist. Vor diesem Hintergrund ist gerade die Skalierbarkeit von QS besonders wichtig. Es wird gezeigt, dass skalierbare QS bis zu einem gewissen Grad evolviert werden können. Dabei wird ein allgemeiner Schaltkreis von den evolvierten Lösungen für sehr kleine Probleminstanzen abgeleitet.Die Methode der 'Vorevolution', so belegen weitere Experimente, ist für die Evolution skalierbarer QS wirksam einsetzbar. Bei dieser Methode werden der Startpopulation einer Probleminstanz bereits evolvierte Lösungen einer kleineren Probleminstanz 'eingeimpft'. Ferner werden Fitnesslandschaften untersucht und ein Vergleich von Selektionsstrategien angestellt, mit dem Ziel, durch diese Erkenntnisse zu einer Effizienzsteigerung der evolutionären Suche zu gelangen. Dabei ist ein beachtenswertes Resultat, dass die Verwendung eines Crossover Operators der Evolution von QS eher schadet, als ihr nützt.

A Unified Distributed DSP-Based Beam Diagnostics and Global Feedback System for Ramped Electron Storage Rings

Ein vereinheitlichtes DSP-basiertes System fuer Strahldiagnose und globale Feedbacks an Elektronenspeicherringen

Dual Active Bridge DC/DC-Wandler mit variabler Schaltfrequenz für Anwendungen mit weitem Spannungsbereich

This thesis describes the realization of a bidirectional DC/DC converter with a constant output power of 1kW over a voltage range of 20 to 60V on the primary and 200 to 600V on the secondary side. This project is motivated by the energy feed-in tariffs for photovoltaic systems. When the feed-in tariffs expire, it is more economical to use the energy directly than to feed it into the supply network. In this work, a low-voltage energy storage system made of recycled cells on the primary side is used for this purpose. The DC/DC converter enables to retrofit an energy storage system to the existing infrastructure consisting of photovoltaic panels and inverter. Asingle-stage, isolatedDC/DCconverter basedontheDualActiveBridge (DAB) topology is used as the link between the battery storage and the photovoltaic system. Conventional implementations of DAB, however, show high conduction losses at asymmetrical voltage loads on the primary and secondary side. The successful combination of the respective voltage range on the primary and secondary side together with a continuous output power is therefore the novelty of this work. To analyze the loss mechanisms that limit the operation range, the losses are described using a model. A comparison of measurement and simulation proves the validity of the model. The use of a variable switching frequency is technically as well as economically the most attractive option for covering the entire working range efficiently. In comparison to other examined approaches, no additional hardware is required. Likewise, there is no discontinuity in energy transmission behavior, as can occur when a transformer winding is switched. The operation of DAB with variable switching frequency is considered in detail and the ratio of active and reactive power is maximized to increase efficiency. While observing further boundary conditions, such as saturation in magnetic components and peak current values of the semiconductors, a modulation method is derived that enables transmission of 1kW power over the entire operation range. On the basis of the simulation model, possible adjustments to the designed prototype are investigated in order to keep the efficiency of DAB above 95% over the entire working range.Using the proposed modulation method with variable switching frequency, a highly efficient operation of the DC/DC converter over the entire working range is possible.

Die vorliegende Arbeit beschreibt dieRealisierung eines bidirektionalenGleichspannungswandlers mit einer konstanten Ausgangsleistung von 1kW über einem Spannungsbereich von 20 bis 60 V auf der Primär- und 200 bis 600 V auf der Sekundärseite. Motiviert wird dieses Vorhaben durch die auf 20 Jahre begrenzte Einspeisevergütung der Energie aus Photovoltaikanlagen.Mit auslaufender Einspeisevergütung ist es wirtschaftlicher die Energie direkt zu verwenden, als sie in das Versorgungsnetz einzuspeisen. Hierfür wird in dieser Arbeit ein Niedervoltenergiespeicher aus wiederaufbereiteten Zellen auf der Primärseite verwendet. Der Gleichspannungswandler ermöglicht nun, den Energiespeicher an die sekundärseitige Infrastruktur aus Photovoltaikanlage und Wechselrichter anzuschließen. Als Bindeglied zwischen Batteriespeicher und Photovoltaikanlage wird ein einstufiger, isolierter Gleichspannungswandler auf Basis der Dual Active Bridge (DAB) Topologie verwendet. Konventionelle Implementierungen der DAB zeigen bei asymmetrischer Spannungsbelastung auf Primär- und Sekundärseite jedoch hohe Leit- und Schaltverluste. Der effiziente Betrieb über den gesamten Spannungsbereich der Primär- und Sekundärseite zusammen mit einer kontinuierlichen Ausgangsleistung stellt daher die Neuheit dieser Arbeit dar. Zur Analyse der Verlustmechanismen, die den Arbeitsbereich beschränken, werden die Verluste anhand eines Modells beschrieben. Ein Vergleich von Messung und Simulation belegt die Gültigkeit desModells. Die Verwendung einer variablen Schaltfrequenz ist die technisch und wirtschaftlich attraktivste Lösung,dengesamten Arbeitsbereich effizient abzudecken. ImVergleich zu anderen untersuchten Ansätzen wird hierbei keine zusätzliche Hardware benötigt. Ebenfalls entsteht keine Unstetigkeit im Übertragungsverhalten der Leistung, wie es durch das Umschalten einer Transformatorwicklung entstehen kann. Der Betrieb der DAB mit variabler Schaltfrequenz wird im Detail betrachtet und zur Effizienzsteigerung das Verhältnis von Wirk- zu Blindleistung maximiert. Unter Einhaltung von weiteren Randbedingungen, wie der Sättigung in magnetischen Bauelementen, sowie Spitzenstromwerten in den Halbleitern wird ein Modulationsverfahren entworfen, dass die Übertragung von 1kW Leistung über dem gesamten Arbeitsbereich ermöglicht. Auf Basis des Simulationsmodells werden mögliche Anpassungen an dem entworfenen Prototypen untersucht, um die Effizienz der DAB über dem gesamten Arbeitsbereich über 95% zu halten. Unter Verwendung des vorgeschlagenen Modulationsverfahrens mit variabler Schaltfrequenz ist ein hoch effizienter Betrieb des Gleichspannungswandlers über dem gesamten Arbeitsbereich möglich. v

Quantitative Analyse des Survival of Motor Neuron(SMN)-Komplexes unter Verwendung von absoluter Quantifizierung SMN-Komplex-spezifischer Peptide durch synthetische stabilisotopenmarkierte Peptidanaloga

Summary The SMN complex is a macromolecular protein entity consisting of nine fixed subunits (SMN, Gemin2-Gemin8, Unrip) and several transient factors (SmB/B’, SmE, SmF, SmG, SmD1-D3). The main function of this housekeeping complex comprises the assembly of U snRNPs in the cytoplasm and their export to the nucleus where they build up the spliceosome. As a result of mutations in the SMN1 gene this process can be defective and elicits Spinal Muscular Atrophy (SMA). SMA is the second most common autosomal recessive hereditary disease beside cystic fibrosis resulting in death. It leads to a degeneration of the -motor neurons of the spinal cord and subsequently to muscular weakness and wasting. The aim of this study was the characterization of the human Survival of Motor Neuron (SMN) complex composition and stoichiometry by mass spectrometry. In this context, the native stoichiometric composition of the SMN core complex was compared with two recombinant complexes, each incorporating a known mutation (Y272C, E134K) involved in SMA. For this purpose wildtype SMN and mutated versions thereof were expressed as GST-fusion proteins together with full length Gemin2, Gemin6, Gemin7 and Gemin8 in E.coli. After harvesting and lysis of the cells the SMN complex was enriched on a glutathione-sepharose resin and further prepared by carbamidomethylation and tryptic digestion for a quantitaive massspectrometric analysis. Furthermore, the differences between the cytoplasmic and the nuclear SMN complex both derived from nuclei-cytoplasm separation of HeLa cells by a modified Roeder protocol and subsequent Co-immunoprecipitations against the SMN-specific antibody 7B19 were examined . In order to quantify the SMN core complex absolute quantification (AQUA) was applied. Stableisotope labeled peptide analogs were spiked to the native sample in defined amounts thus introducing a mass difference of 6-10 Da during the massspectrometric analysis. Preliminarily, appropriate peptides that meet several conditions (e.g. no labile amino acids, no missed tryptic digestion sites) to allow for a confident quantification were chosen. As MS-analysis was performed by Selected Reaction Monitoring (S/MRM) on two different triple quadrupol systems, transitions and parameters (Declustering Potential and Collision Energy) for each respective peptide were optimized . Alternatively, label-free quantitation on the LTQ Orbitrap Velos was applied. The high mass accuracy and sensitivity of this hybrid FT MS allows quantifying the respective parent ions directly from the MS1 trace. Both strategies, S/MRM and MS1, provide a linear quantification of peptides down to a concentration of 250 amol. By optimizing the current workflow, it was possible to determine the stoichiometry of SMN-complexes containing several known patient mutations within the SMN1 gene as well as discovering the differences between SMN-complexes originating either from cytoplasm or from nucleus. This project may help to throw a light on the assembly of U snRNPs and provide new targets in diagnosis and therapy for genetic diseases like SMA.

Der SMN-Komplex ist eine makromolekulare Einheit, die aus neun festen Untereinheiten (SMN, Gemin2-Gemin8, Unrip) und verschiedenen transienten Faktoren (SmB/B’, SmE, SmF, SmG, SmD1-D3) aufgebaut ist. Die Hauptaufgabe des ubiquitären Komplexes umfasst die Assemblierung der U snRNPs im Cytoplasma und ihre Translokation in den Zellkern, wo sie am Aufbau des Spleißosoms beteiligt sind. Durch Mutation oder Deletion des SMN1-Gens kann dieser Prozess gestört sein und dadurch Spinale Muskelatrophie (SMA) auslösen. SMA ist die zweithäufigste autosomal rezessiv vererbbare Krankheit mit Todesfolge nach Mukoviszidose, die zu einer Degeneration der -Motorneuronen des Rückenmarks und damit zu einer Schwächung und einem Abbau der Muskulatur führt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung des humanen Survival of Motor Neuron-Komplex (SMN) hinsichtlich Zusammensetzung und Stöchiometrie mittels Anwendung von massenspektrometrischen Methoden. In diesem Zusammenhang wurde die native stöchiometrische Zusammensetzung des zentralen SMN-Komplexes mit zwei rekombinanten Komplexen verglichen, die beide eine in Verbindung mit SMA bekannte Mutation (Y272C, E134K) integriert hatten. Zu diesem Zweck wurden Wildtyp-SMN und die mutierten SMN-Analoga als GST-Fusions-Proteine zusammen mit Wildtyp-Gemin2, -Gemin6, -Gemin7 und -Gemin8 in Escherichia coli exprimiert. Nach Ernte und Lyse der Zellen wurde SMN auf einer Glutathion- Sepharose-Matrix angereichert und anschließend mittels verschiedener Methoden (Carbamidomethylierung, Trypsin-Verdau) für die massenspektrometrische quantitative Analyse vorbereitet. Des Weiteren wurden die Unterschiede zwischen dem cytoplasmatischen und dem nukleären SMN-Komplex, welche durch Zellkern-Cytoplasma-Trennung von HeLa-Zellen mittels eines modifizierten Roeder-Protokolls und anschließende Co-Immunopräzipitation gegen den SMNspezifischen Antikörper 7B10 erhalten wurden, untersucht. Für die Quantifizierung der SMN-Komplexe wurde Absolute Quantifizierung (AQUA) angewendet. Synthetische stabilisotopenmarkierte Petidanaloga wurden mit den nativen Proben in definierten Konzentrationen verdünnt und konnten während der massenspektrometrischen Analyse durch ihre Massendifferenz von 6 bis 10 Dalton im Vergleich zu den endogenen Peptiden detektiert werden. Zuvor mussten jedoch geeignete Peptidsequenzen ausgewählt werden, um eine reproduzierbare Quantifizierung zu gewährleisten. Dazu mussten die Peptide definierten Spezifikationen entsprechen (z.B. keine leicht modifizierbaren Aminosäuren oder keine überlesenen tryptischen Schnittstellen beinhalten). Die MS-Analyse wurde mittels Selected Reaction Monitoring (S/MRM) auf zwei unterschiedlichen Triple-Quadrupol-Systemen durchgeführt. Zu diesem Zweck wurden die Übergänge und Systemparameter (Declustering Potential und Kollisionsenergie) für jedes einzelne Peptid optimiert und festgelegt. Alternativ wurde markierungsfreie Quantifizierung auf einem LTQ Obitrap Velos System angewandt. Die hohe Massengenauigkeit und Sensitivität des Hybrid-FT-MS-Systems erlaubt eine Quantifizierung der entsprechenden Mutterionen direkt aus der MS1-Spur (ohne Anwendung von Tandem-MS-Experimenten). Beide Strategien, S/MRM und MS1, erlauben eine Quantifizierung von Peptiden mit Konzentrationen bis 250 amol. Durch Optimierung des dargestellten Protokolls, war es möglich den Einfluss bekannter Patientenmutationen des SMN1-Gens auf die Stöchiometrie des SMNKomplexes zu untersuchen, sowie den Unterschied zwischen SMN-Komplexen des Cytoplasmas und des Zellkerns zu bestimmen. Dieses Projekt kann dazu beitragen sowohl die Assemblierung der U snRNPs besser zu verstehen, als auch neue Zielmoleküle für Diagnose und Therapie von genetischen Krankheiten wie SMA bereitzustellen.

Analyse und Optimierung der mechanischen Eigenschaften von Kunststoffverpackungen für den Transport von Getränken

Plastic packaging is increasingly becoming the focus of a public debate. A minimum consensus is that packaging waste can be avoided by minimising the use of materials for plastic packaging. Especially for heavy but flexible structures, such as beverages in lightweight PET-bottles, the stability during transportation has become a challenging requirement all over the world. This thesis contributes to the optimization of lightweight packaging concepts regarding their stability. In the first part of this thesis, experimental methods are developed that facilitate the comparison and the evaluation of packaging materials and packaging structures with regard to their mechanical properties during truck transportation. In addition to the stretch wrapping process, both the transport conditions in the truck and their effect on beverage pallets are analysed in field tests. A time-lapse test method for the mechanical characterisation of pallets in the laboratory is developed and applied. In the second part of this thesis numerical methods are developed, including a numerical model of the stretch wrapping process and a finite element (FE) model of the entire pallet. The success of the Finite-Element (FE)-supported optimization validates the numerical model of the pallet and thus the underlying numerical methods.

Kunststoffverpackungen rücken zunehmend in den Fokus öffentlicher Diskussionen. Ein Minimalkonsens besteht darin, dass Verpackungsmüll durch die Minimierung des Materialeinsatzes für Kunststoffverpackungen vermieden werden muss. Gerade bei schweren, aber flexiblen Strukturen, wie Getränken in leichten PET-Flaschen, ist auch die Stabilität beim Transport weltweit eine anspruchsvolle Herausforderung. Diese Arbeit trägt zur Optimierung der Leichtbauweise von Verpackungskonzepten hinsichtlich ihrer Stabilität bei. Im ersten Teil dieser Arbeit werden experimentelle Methoden entwickelt, die den Vergleich und die Bewertung von Verpackungsmaterialien und Verpackungsstrukturen in Bezug auf deren mechanische Eigenschaften während des LKW-Transportes erleichtern. Neben dem Streck-Wickelprozess werden auch die Transportbedingungen im LKW sowie deren Wirkung auf Getränkepaletten in Feldversuchen analysiert. Eine zeitraffende Prüfmethode für die mechanische Charakterisierung von Paletten im Labor wird entwickelt und angewendet. Im zweiten Teil dieser Arbeit entstehen numerische Methoden, darunter ein numerisches Modell des Streck-Wickelprozesses und ein Finite Elemente (FE)-Modell der gesamten Palette. Der Erfolg der FE-gestützten Optimierung validiert das numerische Modell der Palette und damit auch die zugrundeliegenden numerischen Methoden.

Mechanismen der reversiblen enzymatischen Adenylylierung von Rab‐Proteinen

Including more than 60 members in humans, Rab proteins constitute the largest subfamily of the Raslike superfamily of small GTPases which act as molecular switches and can exist in a GDP‐bound (inactive) and a GTP‐bound (active) conformation. The conversion between these states is carried out by regulatory factors: GTPase activating proteins (GAPs) stimulate GTP hydrolysis and guanine nucleotide exchange factors (GEFs) catalyze the GDP‐GTP exchange. Rab proteins interact with effector proteins only in the active state, thereby regulating vesicular trafficking in eukaryotic cells. For this purpose, the activity and the intracellular localization of Rab proteins need to be tightly regulated. In order to ensure their own survival, some intracellular pathogens have developed intriguing strategies for manipulation of intracellular vesicular transport processes and in particular of the Rab proteins involved. A prominent example of an intracellular pathogen that manipulates Rab proteins for its own benefit is Legionella pneumophila. In particular, the Legionella protein DrrA (defect in Rab recruitment A) was identified in the recent past as a protein that manipulates the intracellular localization and activity of Rab1. At the beginning of this work, structural studies on this protein showed the presence of an additional, previously uncharacterized domain possessing adenylyltransferase activity towards Rab1. The characterization of this enzymatic activity was the central subject of this work. Within this work, the x‐ray crystal structure of adenylylated Rab1 was solved. This structure showed that Rab1 was specifically modified on a tyrosine residue in the functionally important switch II region. Further studies of the effects of this modification showed that the interaction of Rab1‐AMP with GAPs and the human effector Mical‐3 are drastically inhibited, whereas the interaction with the GEF domain of the Legionella protein DrrA and the Legionella effector protein LidA are not significantly inhibited. Characterisation of the enzyme kinetics of DrrA and the recently identified deadenylylating enzyme SidD showed that Rab1:GTP is the preferred substrate of adenylylation by DrrA while SidD possesses a significantly lower substrate specificity towards the active or inactive conformation of Rab1. This work includes the first description and characterization of adenylylation as a posttranslational modification of Rab proteins. In the context of the current literature, the results of this work allowed the proposal of a model in which adenylylation temporarily inhibits deactivation of Rab1 by GAPs and thus the extraction of Rab1 from the Legionella containing vacuolar (LCV) membrane by GDI and Rab1 is entrapped at the LCV membrane. At a later stage of infection, deadenylylation by SidD allows for deactivation and extraction by GDI.

Rab‐Proteine bilden mit mehr als 60 Mitgliedern im Menschen die größte Unterfamilie der Superfamilie Ras‐ähnlicher kleiner GTPasen, welche als molekulare Schalter in einer GDP‐gebundenen (inaktiven) und einer GTP‐gebundenen (aktiven) Konformation vorliegen können. Die Konversion der Aktivitätszustände erfolgt durch regulatorische Faktoren: GTPase aktivierende Proteine (GAPs) stimulieren die GTPHydrolyse und Guaninnukleotidaustauschfaktoren (GEFs) katalysieren den GDP‐GTP‐Austausch. In der aktiven Konformation interagieren Rab‐Proteine mit Effektorproteinen und regulieren den vesikulären Transport in eukaryotischen Zellen. Um vesikuläre Transportwege zum eigenen Vorteil zu nutzen haben einige intrazellulär lebende Pathogene erstaunliche Methoden zur Manipulation von Rab‐Proteinen entwickelt. Ein prominentes Beispiel eines solchen Pathogens ist Legionella pneumophila und insbesondere das Legionellenprotein DrrA (engl.: defect in Rab recruitment A), welches die intrazelluläre Lokalisation und den Aktivitätszustand von Rab1 manipuliert. Strukturelle Untersuchungen vor Beginn dieser Arbeit offenbarten eine weitere funktionelle Domäne von DrrA, welche Adenylyltransferase‐ Aktivität gegenüber Rab1 besitzt. Die Charakterisierung dieser Aktivität war zentrales Thema dieser Arbeit. Die innerhalb dieser Arbeit bestimmte Röntgenkristallstruktur des adenylylierten Rab1 zeigte, das Rab1 spezifisch an einem Tyrosin im Bereich des funktionell wichtigen switch II modifiziert wird. Weiterführende Untersuchungen offenbarten starke inhibitorische Effekte der kovalenten Modifizierung auf die Interaktion von Rab1 mit GAPs und dem humanen Effektorprotein Mical‐3, wohingegen die Interaktionen mit der GEF‐Domäne von DrrA und dem Legionellen Effektorprotein LidA nicht signifikant gestört sind. Enzymkinetische Untersuchungen von DrrA und dem kürzlich identifizierten deadenylylierenden Enzym SidD zeigten, dass die aktive Konformation von Rab1 das bevorzugte Substrat der Adenylylierung durch DrrA ist, wohingegen SidD beide Aktivitätszustände von Rab1 gleichermaßen als Substrat akzeptiert. Diese Arbeit umfasst die erste Beschreibung und Charakterisierung der Adenylylierung als posttranslationale Modifikation eines Rab‐Proteins. Im Kontext der aktuellen Literatur erlaubten die Ergebnisse dieser Arbeit die Erstellung eines Modells, in dem eine Deaktivierung von Rab1 durch GAPs und somit eine Extraktion von der Membran der Legionellen enthaltenden Vakuole (LCV) durch GDI temporär durch die kovalente Modifikation unterbunden wird und Rab1 an der LCV‐Membran arretiert wird. Erst durch das deadenylylierende Enzym SidD wird zu einem späteren Zeitpunkt der Infektion eine Deaktivierung und Extraktion wieder ermöglicht.

Siemens AG: Adaption or Transformation?

Die Siemens-AG: Inkrementale Anpassung oder Unternehmenstransformation? Eine Fallstudie über Kontiunität und Wandel eines Konzerns

The following article analyzes the company's reactions in adapting on a strategie as well as operational level. The author examines especially the TOP-movement, which was initiated in 1992/93 by the central managing directors (executive board). As examples for adequate processes "Public Network" (ÖN), "Private Network" (PN) and "Siemens Nixdorf information systems" (SNI) are presented. This article presents interim results of complex transformation processes due to the selectivity of the chosen examples, time restrictions (1992/93 to summer 1995) and restricted evaluation material.

Die nachfolgende Fallstudie analysiert die Anpassungsreaktionen des Unternehmens auf strategischer wie operativer Ebene. Untersucht werden insbesondere die TOP-Bewegung, 1992/93 initiiert durch den Zentralvorstand (ZV), und entsprechende Umstrukturierungsprozesse in den drei Unternehmensbereichen (UB)1 Öffentliche Netze (ÖN), Private Netze (PN) und Siemens Nixdorf Informationssysteme AG (SNI). Zu fragen ist, wie weit das Unternehmen über inkrementalistische Anpassungsreaktionen hinaus transformatorische Umstrukturierungsprozesse initiieren und kontinuisieren konnte. Angesichts des teilweise nur begrenzt auswertbaren Materials, der Selektivität der ausgewählten Bereiche und des zeitlich begrenzten Beobachtungsraumes seit 1992/93 bis Mitte 1995 können die nachfolgenden Ausführungen natürlich nur eine exemplarische Zwischenbilanz eines komplexen Wandlungsprozesses darstellen.

A probabilistic model for discretionary lane change proposals in highway driving situations

Ein probabilistisches Modell für diskretionäre Spurwechselvorschläge in Autobahnszenarien

This contribution presents a novel probabilistic approach for the generation of discretionary lane change proposals with a focus on highway driving situations. The developed model is based on the quantification of the utility of driving lanes. It generates a lane change proposal if the current driving lane is unsatisfactory in the sense that the desired velocity of the automated vehicle is undershot because of a slow preceding vehicle. A driving simulator study was conducted to create a dataset for the optimization of the model parameters. The optimization goal is to accurately match the timings of the lane change intentions of all participants. Finally, the applicability of the model is shown on real data from a test vehicle.

In diesem Beitrag wird ein neuartiger probabilistischer Ansatz zur Generierung von diskretionären Spurwechselvorschlägen mit dem Fokus auf Autobahnfahrsituationen vorgestellt. Das entwickelte Modell basiert auf der Quantifizierung der Nützlichkeit von Fahrspuren. Es generiert einen Spurwechselvorschlag, wenn die aktuelle Fahrspur in dem Sinne unbefriedigend ist, dass die gewünschte Geschwindigkeit des automatisierten Fahrzeugs aufgrund eines langsamen vorausfahrenden Fahrzeugs unterschritten wird. Eine Fahrsimulatorstudie wurde durchgeführt, um einen Datensatz für die Optimierung der Modellparameter zu erstellen. Das Optimierungsziel ist die genaue Übereinstimmung der Zeitpunkte der Spurwechselabsichten aller Teilnehmer. Schließlich wird die Anwendbarkeit des Modells auf realen Daten eines Testfahrzeugs gezeigt.

Lohnarbeit

This contribution deals with the notion of wage labour in a fundamental perspective. Both the current theoretical debate as well as new empirical findings about the development of wage labour are summed up. The starting point of the reasoning is a short outline of the different forms as well as of the historical development of wage labour, which initially mainly was industrial work. The contribution then enters into the question how the fundamental coordination problems of work - the transformation and opportunism problem - are managed in the context of a power asymmetrical employment relation between labour and capital. And, how the achievement motivation of the employees can be secured under these circumstances. The thesis is proposed that the interaction of the company level - with its decision, negotiation and organisation processes - with the given labour market structures is of special significance for the regulation of the relations between wage labour and capital and the design of employment relations. To analyse these interrelationships, the author resort to newer concepts of company employment systems for one thing and to considerations from the segmentation theory approach to labour market research for another thing. In conclusion, the increased flexibility of hitherto standardised forms of regulating the employment relations and the decreasing importance of so-called normal employment relationships are identified as specific characteristics of new development trends of wage labour.

Der vorliegende Beitrag befasst sich in grundlegender Perspektive mit dem Begriff der Lohnarbeit. Resümiert werden sowohl die gegenwärtige theoretische Debatte wie neuere empirische Befunde über die Entwicklung von Lohnarbeit. Ausgangspunkt der Argumentation ist eine knappe Skizze der verschiedenen Formen und der historischen Entwicklung von Lohnarbeit, die zunächst hauptsächlich Industriearbeit war. Davon ausgehend wird die Frage behandelt, wie die grundlegenden Koordinationsprobleme von Arbeit, das Transformations- und Opportunismusproblem im Rahmen einer machtasymmetrischen Beschäftigungsbeziehung zwischen Kapital und Arbeit bewältigt werden und wie eine möglichst dauerhafte Leistungsbereitschaft der abhängig Beschäftigt gesichert wird. These ist, dass für die Regelung der Beziehungen zwischen Kapital und Lohnarbeit und die Ausgestaltung des Beschäftigungsverhältnisses das Zusammenspiel der betrieblichen Ebene und die hier vorfindbaren Entscheidungs-, Verhandlungs- und Gestaltungsprozessen mit den je gegebenen Arbeitsmarktstrukturen von besonderer Bedeutung ist. Für die Analyse dieser Zusam-menhänge wird zum einen auf das neuere Konzept der Betrieblichen Beschäftigungssysteme, zum anderen auf Überlegungen aus der segmentationstheoretischen Arbeitsmarktforschung zurückgegriffen. Als besondere Merkmale neuerer Entwicklungstendenzen von Lohnarbeit werden abschließend vor allem die Flexibilisierung der bisherigen standardisierten Regelungsformen der Beschäftigungsverhältnisse und eine abnehmende Bedeutung des sogenannten Normalarbeitsverhältnisses herausgearbeitet.

Untersuchungen zur elektronischen und atomaren Struktur von SiC-Oberflächen

Scope of this thesis is the investigation of the structure of Si-terminated silicon carbide surfaces. Different electron spectroscopic methods are used, especially angle-resolved direct and inverse photoemission. High-resolution photoemission measurements of the (2X1)- and c(4X2)-reconstructions of the 3C-SiC(001)-surface were performed at the MAX-Lab synchrotron radiation facility in Sweden. The results of both surfaces are compared to ab initio calculations of the bandstructure and are discussed in relation to the proposed models. The presented investigations of the (Sqrt 3 X Sqrt 3)-R30°- and (3 X 3)-reconstructions of the 6H-SiC(0001) surface give for the first time simultaneous information about the occupied and also about the unoccupied bandstructure. The surface electronic structure of both reconstructions is semiconducting, contrary to earlier theoretical predictions. However, the semiconducting character and the measured bandgap is in good agreement with recent theoretical results, where many-body electron-electron correlation effects are taken into account, leading to a Mott-Hubbard ground state.

In der vorliegenden Arbeit wird eine Untersuchung zur Struktur Si-terminierter Siliziumkarbid-Oberflächen vorgestellt. Zum Einsatz kamen dabei verschiedene elektronenspektroskopische Methoden, insbesondere die winkelaufgelöste direkte und die inverse Photoemission. Am Synchrotronstrahlungslabor MAX-Lab in Schweden sind Messungen mit hoher Energie-auflösung an den (2X1)- und c(4X2)-Rekonstruktionen der 3C-SiC(001)-Oberfläche durchgeführt worden. Die Ergebnisse an beiden Oberflächen werden mit theoretischen ab initio Berechnungen der Bandstruktur verglichen und die vorhandenen Modellvorschläge diskutiert. Die gezeigten Untersuchungen an den (Sqrt 3 X Sqrt 3)-R30°- und (3 X 3)-rekonstruierten (0001)-Oberflächen des Polytyps 6H-SiC geben erstmalig Informationen sowohl über die besetzten als auch die unbesetzten Elektronenzustände dieser Oberflächen. Beide Rekonstruktionen sind im Gegensatz zu früheren theoretischen Arbeiten halbleitend. Erst unter Berücksichtigung neuerer Berechnungen, die auf einer Viel-Teilchen-Theorie im Mott-Hubbard-Modell basieren, kann eine gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Theorie erzielt werden.

Age effects of innovation activities of workers

Alterstrends der Innovationstätigkeit bei Erwerbstätigen

Two developments in working life, namely the shift from classical price competition to competition based on innovation and the change of the age-structure of employees caused by the demographic evolution are explained shortly. The development of innovation abilities during working life will be founded as an important task. This study describes age correlations of innovation demands of employees. In two field studies the number of self realized innovations and the number of contributions to innovation were registered. This was carried out with a non random sample of employees and of innovators. Zero correlations between innovation and age exist in all studies. Clear differences in the innovation activities occur between qualification groups of employees. But correlations exist between characteristics of job task and innovation. Higher learning demands in job tasks are connected with more innovation activities.

Zwei Entwicklungstrends in der Erwerbsarbeit, nämlich die Verlagerung des klassischen Kostenwettbewerbs zum Wettbewerb um innovative Produkte und die Veränderung der Altersstruktur der Erwerbsbevölkerung aufgrund der demographischen Entwicklung werden kurz erläutert und genutzt, um die Entwicklung der Leistungs- und Innovationsfähigkeit Erwerbstätiger über die Spanne des erwerbsfähigen Alters als Zukunftsaufgabe zu kennzeichnen. In diesem Beitrag werden Alterstrends des Erlebens von Innovationsanforderungen durch Erwerbstätige analysiert sowie Befunde empirischer Studien über die Innovationstätigkeit Erwerbstätiger vorgestellt. Mit zwei Indikatoren Hauptakteur bei realisierten Produkt- und Prozessinnovationen im letzten Kalenderjahr und Beteiligung an realisierten Produkt- und Prozessinnovationen im letzten Kalenderjahr werden für eine Gelegenheitsstichprobe Erwerbstätiger und für eine Stichprobe von Innovatoren Alterstrends der Innovationstätigkeit beschrieben. In beiden Studien wird keine Altersabhängigkeit der Innovationstätigkeit festgestellt. Aber es besteht ein Zusammenhang der Innovationstätigkeit mit der Lernhaltigkeit der Arbeitsaufgabe. Erwerbstätige, die Arbeitsaufgaben mit höheren Lernanforderungen bearbeiten, sind häufiger Innovator.

Employment of older workers in Europe between early retirement and the "work-line"

Die Beschäftigung Älterer in Europa zwischen Vorruhestand und "Work-Line"

The European Union has set itself ambitious targets for the employment of older workers. In March 2001, the European Council, meeting in Stockholm, declared that by 2010 at least half of the EU population aged between 55 and 64 should be in employment. The present article examines the participation of older employees in the labour market on the basis of the 2004 European Labour Force Survey. At present, only 5 of the 15 old member states already have an employment rate in excess of 50% among the 55 to 64 age group. Countries that have implemented the so-called "work line" policy (Denmark and Sweden), which seeks to mobilise all individuals of working age, exhibit clearly higher employment rates than countries with highly developed early retirement policies (Germany and France). The comparison between the "work-line" countries and "early retirement" countries reveals the existence of six sets of problems (equality problem, work humanisation problem, qualification problem, flexibility problem, motivation problem and growth problem). The resolution of which is fundamental of any attempt to raise employment rates among older workers. These conflicts cannot be resolved with a purely age-specific policy.

Die Europäische Union hat sich hinsichtlich der Beschäftigung Älterer ehrgeizige Ziele gesetzt. Im März 2001 legte der Europäische Rat in Stockholm fest, dass bis 2010 mindestens die Hälfte der EUBevölkerung im Alter von 55 bis 64 Jahren in Beschäftigung sein soll. Der vorliegende Artikel untersucht mit Daten der Europäischen Arbeitskräftestichprobe 2004 die Partizipation am Arbeitsmarkt älterer Beschäftigter. Gegenwärtig erreichen nur 5 der 15 alten EU Länder bereits eine Beschäftigungsquote der 55 bis 64-Jährigen über 50%. Es wird gezeigt, dass Länder, die der Politik der "Work Line", also der Aktivierung von Personen im Erwerbsalter, folgen (z.B. Dänemark, Schweden), deutlich höhere Beschäftigungsquoten aufweisen als jene, die eine Vorruhestandspolitik (z.B. Deutschland, Frankreich) betrieben haben. Der Vergleich zwischen Work-Line-Ländern und Vorruhestandsländern verweist auf sechs Problembündel, deren Bewältigung zentral für die Erhöhung der Beschäftigungsquote Älterer ist (Gleichstellungsproblem, Humanisierungsproblem, Qualifikationsproblem, Flexibilitätsproblem, Motivationsproblem, Wachstumsproblem). Eine rein altersspezifische Politik wird diese Konflikte nicht auflösen können.

Maintenance of industrial health and safety standards in the butcher's craft

Arbeits- und Gesundheitsschutz im Fleischer-Handwerk

At present it is estimated that 40 to 50% of the workforce in Germany is employed in smallscale enterprises. Not much is known about occupational health and safety problems in these enterprises. The aim of the present study was to investigate the work environment in the butcher's craft and to develop measures for the reduction of stress and strain at the workplace. Manual material handling turned out to be an essential physical stress factor. High prevalences were found for musculoskeletal disorders. Cold, draft and and alterations of air temperature as well as complaints in the respiratory system were reported frequently. Particulary draft was named as a climatic stress factor. Ergonomic deficits were found with the lighting especially for machine operators. Among the psychological stress factors time pressure, stress, overtime and disturbances of the work process were prevailing.

Über die speziellen Arbeitsbedingungen in Kleinbetrieben ist nur wenig bekannt. Das vorliegende Projekt hatte zum Ziel, die Belastungsstrukturen im Fleischer-Handwerk zu untersuchen und gegebenenfalls Vorschläge und Maßnahmen zum Abbau dieser Belastungen zu entwickeln. Als eine wesentliche körperliche Belastung stellte sich das manuelle Handhaben von Lasten heraus. Hohe Prävalenzen von Beschwerden im Haltungs- und Bewegungsapparat wurden in der Befragung gefunden. Kälte, Temperaturschwankungen und Zugluft wurden als klimatische Belastungen häufig genannt. Zugluft wurde dabei als besonders belastend bewertet. Häufige Erkrankungen der Atemwege deuten auf einen Zusammenhang mit dem Klima am Arbeitsplatz hin. Ergonomische Defizite zeigten sich insbesondere bei der Einzelarbeitsplatzbeleuchtung an Maschinen. Zeitdruck, Streß, hohe Konzentration, Überstunden und Störungen des Arbeitsablaufes sind die häufigsten psychischen Belastungen.

Extension of perspectives instead of performance of crisis. A Contribution to the German discussion on industrial sociology

At a time when empirical research is facing the challenge of rapid changes in the world of work, contributions to journals conjure up images of wretched, crisis-ridden sociology of work and industrial sociology. This paper points out that most such claims are dramatisations, summing up some central arguments of the discourse. Within our discipline, there appears to be widespread agreement about the need to extend the scope of research bearing in mind the structural changes affecting labour (2). However, extremely different conclusions are drawn from this consensus, with some researchers highlighting industrial sociology?s criticism potential and its pretensions to contribute to social theory, whilst others maintain that shaking off of these traditional views as essential in order to save the discipline (3). It shows that both positions are based on a shorted labour concept. Extending the purview of the concept to work done outside the area of gainful employment not only seems appropriate in the light of changes in work organ

Perspektiverweiterung statt Kriseninszenierung

Polyacrylate und Polylactone für Anwendungen in einmodigen, integriert optischen, passiven Wellenleitern

Optical waveguide components are key elements in the optical telecommunication technology. These components may be theoretically fabricated very cost effective using polymers. In this work the optical loss of polymer waveguides is examined as a function of the material structure and also in dependance on the waveguide fabrication technology. The polymer waveguides are fabricated using the so-called SIGA-technology. Surface roughness of the waveguides is determined as a main source for optical waveguide losses, which is theoretically calculated. Several copolymers consisting of halogenated acrylates and halogenated lactones are examined with respect to their applicability in optical waveguides. To determine the chemical composition in the waveguides transmission electron microscopy is used, for example. The optical loss in dB of the waveguide polymers in the near infrared region shows a linear dependance on the C-H-bond concentration in the polymers.

Optische Wellenleiterkomponenten sind Schlüsselbausteine der optischen Datenübertragungstechnik. Die Herstellung dieser Komponenten auf Basis polymerer Werkstoffe eröffnet die theoretische Möglichkeit zur kostengünstigen Massenfertigung. Im Rahmen dieser Arbeit werden die wesentlichen Abhängigkeiten der optischen Dämpfung passiver integriert einmodiger Polymerwellenleiter sowohl von den strukturellen Eigenschaften der verwendeten Materialien als auch von den technologischen Rahmenbedingungen der Wellenleiterherstellung aufgeklärt. Die Wellenleiterherstellung beruht auf dem sogenannten SIGA-Verfahren. Hier wird die Rauheit der Wellenleiterstrukturen als Hauptfehlerquelle detektiert und der Einfluß auf die Wellenleiterdämpfung theoretisch quantifiziert. Die Eignung verschiedener Copolymersysteme, basierend sowohl auf halogenierten Acrylaten als auch auf halogenierten Polylactonen, für die Verwendung in optischen Wellenleitern wird untersucht. Ein Schwerpunkt dieser Untersuchungen ist u.a. die Visualisierung der chemischen Zusammensetzung der Copolymere im Wellenleiter mittels der Transmissionselektronenmikroskopie. Für die Dämpfung in dB der untersuchten Wellenleitermaterialien im Nahen Infrarot wird eine lineare Abhängigkeit von der C-H-Bindungskonzentration der verwendeten Polymere gefunden.

Dynamical formation and manipulation of the persistent spin helix

Understanding and manipulating the electron spin dynamics and transport in low-dimensional semiconductor nanostructures is a key requirement for functional quantum technologies. In this work, a time- and space-resolved magneto-optic Kerr microscope is employed to explore the effect of momentum-dependent effective magnetic fields on the spin dynamics of a twodimensional electron gas in high-mobility GaAs and CdTe quantum wells. Both structures feature nearly equal Dresselhaus and Rashba spin-orbit coupling, enabling the emergence of a unidirectional spin wave texture with SU(2) symmetry, the so-called persistent spin helix. The spin-orbit coupling can be quantified directly from the experimentally measured coherent spin precession pattern. It is observed that application of (i) perpendicular in-plane magnetic fields allows for the extraction of the spin-orbit coupling parameters. (ii) Out-of-plane gate fields tune the Rashba and cubic Dresselhaus parameter directly and (iii) in-plane electric fields vary the modulation frequency of the spin helix and the diffusion coefficient. The CdTe sample reveals a fine tuning of the pattern via (iv) optical doping, creating a spatial gradient of the spin-orbit coupling parameters. Precise engineering of all spin control mechanisms enables a regime of locked spin transport where the effective magnetic fields are suppressed. All experimental results are supported by qualitative kinetic theory and Monte Carlo simulations.

Das Verständnis und die Manipulation der Elektronenspindynamik und des Transports in niedrigdimensionalen Halbleiter-Nanostrukturen ist eine Schlüsselanforderung für funktionale Quantentechnologien. In dieser Arbeit wird ein zeit- und ortsaufgelöstes magneto-optisches Kerr-Mikroskop eingesetzt. Dieses ermöglicht es die Wirkung von impulsabhängigen effektiven Magnetfeldern auf die Spin-Dynamik eines zweidimensionalen Elektronengases in GaAs und CdTe Quantentrögen mit hoher Ladungsträgermobilität zu untersuchen. Beide Strukturen verfügen über eine nahezu ausgeglichene Dresselhaus und Rashba Spin-Bahn-Kopplung, die das Entstehen einer unidirektionalen Spinwellentextur mit SU(2)-Symmetrie, der sogenannten persistenten Spin-Helix, ermöglicht. Die Spin-Bahn-Kopplung kann direkt aus dem experimentell gemessenen kohärenten Spin-Präzessionsmuster quantifiziert werden. Es wird beobachtet, dass die Anwendung von (i) Magnetfeldern in der Quantentrogebene die Extraktion der Spin-Bahn-Kopplungsparameter ermöglicht. (ii) Gate-Felder die senkrecht zur Ebene angelegt werden variieren sowohl den Rashba- als auch den kubischen Dresselhaus-Parameter und (iii) elektrische Felder in der Ebene verändern die Modulationsfrequenz der Spin-Helix und den Diffusionskoeffizienten. (iv) Optische Dotierung der CdTe Probe führt zu einer Feinabstimmung der Spin-Helix durch räumliche Gradienten der Spin-Bahn-Kopplungsparameter. Die anschließende präzise Abstimmung aller Spin-Kontrollmechanismen ermöglicht die Unterdrückung von effektiven Magnetfeldern während des Spintransports, so dass die Spinorientierung erhalten bleibt. Alle experimentellen Ergebnisse werden durch Simulationen, basierend auf der Monte Carlo Methode und der kinetischen Theorie bestätigt.

Today, many companies are challenged by unsteady order inflow and need to develop appropriate strategies to meet this challenge. These strategies should primarily aim at increasing the companies flexibility. One starting point in this endeavour are considerations on the scaleable organisation that are introduced in this volume. Its objective is to point out options of different range that enable companies to face the problem of unsteady order inflow. The working paper at hand combines presentations from the fifth profile workshop of the project Lean Implementation pragmatic introduction of integrated business models into companies with standardised production . The project is funded by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) and its project executing organisation Research Centre Karlsruhe (FZK).

Skalierbare Organisation

Möglichkeiten des photokatalytischen Abbaus umweltrelevanter Stickstoffverbindungen unter Einsatz von TiO 2

The possibilities of the photocatalytic degradation of aliphatic and aromatic N-compounds by TiO2 as photocatalyst has been investigated. Different analytical methods for the determination of the used N-Compounds and their breakdown products were developed. The influence of relevant parameters e.g. the pH-Value, kind and concentration of the photocatalyst, structure of the N-compounds on the degradation rates and distribution of the photooxidation products was determined. Based on the obtained results possible degradation mechanisms were developed. Furthermore, the photocatalytic properties of doped and photoplatinized TiO2-powders were studied. Especially the influence of the doping on the electronic structure of the photocatalyst was theoretically and experimentally examined. Moreover, the possibilities of mineralization of N-compounds under use of immobilized pure and doped TiO2-powders were studied. The generated TiO2-coatings were characterized by surface analytical methods. With regard to a technical application the combination of photocatalysis with other wastewater treatment methods was investigated. Beyond that the conclusions drawn from the degradation of model substances showed also to be valid for real waste water samples as experienced from a diluted, liquid bovine manure. An upscaling of the laboratory experiments to pilot-plant scale under use of real solar radiation was realized.

Im Rahmen der Arbeit wurden die Möglichkeiten des photokatalytischen Abbaus aliphatischer und aromatischer Stickstoffverbindungen mit TiO2 als Photokata-lysator untersucht. Für die Bestimmung der eingesetzten und während der Experimente ge-bildeten Stick-stoffverbindungen wurden Analysenverfahren erarbeitet. Es wurde der Einfluß relevanter Parameter wie z.B. des pH-Wertes, der Art und Konzentration des Photokatalysators, der Struktur der Stickstoffverbindungen auf Abbauraten und Produktbildung bestimmt. Auf der Basis der Abbauversuche wurden mögliche Abbaumechanismen entwickelt. Desweiteren wurden im Rahmen dieser Arbeit die Einsatzmöglichkeiten dotierter und photoplatinierter TiO2 Photo-katalysa-toren studiert. Insbesondere der Einfluß der Dotierung auf die elektronische Struktur des Photo-katalysators wurde sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht. Ferner wurden Studien zum Abbau von Stick-stoffver-bindungen mit immobilisierten Photokatalysatoren durchgeführt. Die erzeugten Schichten wurden mittels oberflächenanalytischer Methoden charakterisiert. Im Hinblick auf eine technische Anwendung wurde abschliessend die Kombination der Photokatalyse mit anderen Abwasser-reinigungsverfahren geprüft. Darüberhinaus konnte ein Weg für die Übertragung des Abbau-verfahrens auf reale Bedingungen anhand eines Upscalings und durch Abbauversuche an realen Proben aufgezeigt werden.

Hochauflösende optische Strahldiagnose mittels Synchrotronstrahlung am Beispiel der Synchrotronstrahlungsquelle DELTA

Scope of this thesis is the investigation of the resolution limit of the optical synchrotron light monitors at DELTA, a third generation synchrotron radiation source. At first the normal synchrotron light monitor is analysed. The minimum measurable beam size is about 80 microns. Emphasis is put on a special synchrotron light interferometer, developed for DELTA, which has been built up and tested. This interferometer uses the same beamline and can measure beamsizes down to about 8 microns. So its resolution is about ten times better. Measurements of the electron beam size and emittance are done with both synchrotron light monitors. An investigation of possible reasons of beam movements is appended.

In dieser Arbeit wird die Auflösungsgrenze der optischen Synchrotronstrahlungsmonitore am Beispiel der 3. Generation Synchrotronstrahlungsquelle DELTA untersucht. Im Rahmen der Dissertation wird der klassische Synchrotronlichtmonitor mit seiner minimal auflösbaren Elektronenstrahlgröße von ca. 80 µm betrachtet. Insbesondere wird ein für DELTA entwickeltes Synchrotronlichtinterferometer behandelt, das aufgebaut und getestet wurde. Dieses erlaubt an der gleichen Beamline die Messung von Elektronenstrahlgrößen bereits oberhalb ca. 8 µm, bietet also eine um eine Größenordnung bessere Auflösung. Es erfolgen Messungen der Elektronenstrahlgröße und die Bestimmung der Emittanz mittels beider Monitortypen. Hieran schließt sich eine Betrachtung der möglichen Ursachen von Strahlschwankungen an.

Die gegenwärtigen Umsetzung des gemeinsamen Unterrichts in Deutschland

The 16 federal states of Germany implement inclusive education for students with and without disabilities based on different premises. This article provides a current overview of these educational approaches by analyzing legislative texts and enquiring delegates of the Association of Special Education in Germany (vds). Results show that inclusive education is currently being implemented all over Germany, but there are notable differences with regard to the chosen forms of inclusion.

Entsprechend der föderalen Struktur der Bundesrepublik Deutschland setzen die einzelnen Bundesländer die Umsetzung des gemeinsamen Unterrichts für Schülerinnen und Schüler mit und ohne Behinderung anhand verschiedener Modelle um. Der Artikel gewährt einen aktuellen Überblick über diese Modelle. Hierfür wurden Gesetzestexte der einzelnen Bundesländer ausgewertet und die Landesdelegierten des Verbandes der Sonderpädagogik (VDS) mittels eines Fragebogens befragt. Die Ergebnisse zeigen, dass in allen Bundesländern die Implementierung inklusiver Konzepte stattfindet, wobei sich leichte Unterschiede in den Modellen der Umsetzung finden.

Lokale und nicht-lokale Modellierung und Simulation thermomechanischer Lokalisierung mit Schädigung für metallische Werkstoffe unter Hochgeschwindigkeitsbeanspruchungen

High-speed loading of metals is encountered in several engineering applications, for example in crash and drop tests as well as in high-speed cutting or forming processes. Likewise, the impact of rapidly rotating structural components on their surrounding containment, encountered for instance in aircraft turbines, reveals significant, high loading velocities. Typically, this type of loading results in zones with highly localized deformation within the stressed component, as a consequence of softening according to damage evolution and heating due to plastic dissipation. In this context, the formation of shear-bands represents a typical form of thermomechanical localization. In general, the continuum mechanical description and modelling of such events involves a variety of processes and effects such as high strain-rates, hardening behaviour, thermal softening as a result of adiabatic heating, friction and contact as well as damage. Further, these effects need to be considered in the framework of large deformation theory. Rate-dependent "local" models do not generally result in a physical shear-band development, e.g., involving a finite, non-vanishing shear-band thickness. In general, the intrinsic length incorporated by the rate-dependency of the models acts as a localization limiter. However, for various nonlinearly rate-dependent models, such as power-law models or the model according to JOHNSON & COOK, which are frequently used for the simulation of high-speed loading applications, this intrinsic length tends to zero owing to both increasing strain-rates and stress-drop due to softening behaviour. Thus, a loss of the localization limiting property of these rate-dependent models is encountered, incorporating that each finite-element method based upon these models yields a pathological mesh-dependence of the results. "Non-local" gradient-plasticity models based on a corresponding extension of the rate-dependence of the material behaviour are appropriate to avoid these disadvantages. In contrast to local models, the intrinsic length of these non-local models reveals a significantly reduced dependence on both the prevailing stress state and the plastic strain-rate but is dominantly influenced by the non-local material parameter. According to the numerical simulation of localization phenomena using finite-element techniques, the domain of the localization zone does converge to a finite volume for subsequent mesh-refinement. Thus, using non-local models it is possible to simulate the development of finite shear-band widths and to ensure a physically reasonable solution of the governing problem within the framework of continuum mechanics.

Hochgeschwindigkeitsbeanspruchungen metallischer Bauteile sind bei einer Vielzahl ingenieurtechnischer Anwendungsbereiche, beispielsweise bei Crash- oder Falltests, bei Umform- oder Spanprozessen mit hohen Belastungsgeschwindigkeiten oder bei Aufprallproblemen von Komponenten schnell rotierender Bauteile auf das umgebende Gehäuse, z. B. bei Flugzeugturbinen, relevant. Dabei treten in dem beanspruchten Bauteil typischerweise Zonen mit großen, lokalisierten Deformationen auf, die auf die Entfestigung des Werkstoffs durch die Entwicklung von Schädigung und durch die Temperaturerhöhung infolge plastischer Dissipation zurückzuführen sind. Die Ausbildung von Scherbändern stellt dabei eine typische Form der Deformationslokalisierung dar. Die kontinuumsmechanische Modellierung solcher Vorgänge erfordert im Allgemeinen die Berücksichtigung einer Vielzahl von Faktoren und Effekten, wie beispielsweise dehnratenabh ängiges Materialverhalten, mit adiabatischer Erhitzung einhergehende thermische Entfestigung, Reibung und Kontakt sowie Schädigung. Darüber hinaus sind die genannten Effekte in dem Rahmen der Theorie großer Deformationen zu betrachten. Dehnratenabhängige "lokale" Modelle resultieren dabei nicht zwangsläufig in einer physikalisch sinnvollen Scherbandabbildung, d. h. in einer endlichen Scherbandbreite. Die innere Länge, die eine Begrenzung des Lokalisierungsvolumens darstellt, strebt für verschiedene im Rahmen der Simulation von Hochgeschwindigkeitsbelastungen eingesetzte, nichtlinear dehnratenabhängige Modelle, wie z.B. Potenzgesetz-Modelle oder dem Modell nach JOHNSON & COOK, mit infolge von Entfestigung abnehmender Spannung sowie zunehmender plastischer Dehnrate sehr stark gegen null. Dadurch tritt ein Verlust der lokalisierungsbegrenzenden Wirkung dieser ratenabh ängigen Modelle ein, so dass insbesondere jedes, auf diesen Modellen aufbauende Finite-Element Verfahren eine pathologische Netzabhängigkeit der Ergebnisse aufweist. "Nicht-lokale" Gradientenmodelle der Plastizität sind dazu geeignet, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden. Die innere Länge dieser Modelle weist eine im Vergleich zu lokalen Modellen deutlich reduzierte Abhängigkeit von dem vorherrschenden Spannungszustand sowie der plastischen Dehnrate auf und wird darüber hinaus wesentlich durch den Wert des nichtlokalen Modellparameters beeinflusst. Die Größenordnung der inneren Länge bleibt dabei selbst für kleine Werte dieses Parameters auch mit Einsetzen von Lokalisierungseffekten zunächst erhalten. Infolge der numerischen Umsetzung nicht-lokaler Modelle mittels der Methode der Finiten-Elemente zeigt sich, dass im Gegensatz zu den auf lokalen Modellen basierenden Verfahren das Volumen der Lokalisierungszone bei stetiger Netzverfeinerung gegen einen endlichen Wert konvergiert. Damit gelingt es durch die Verwendung nicht-lokaler Modelle, die Ausbildung endlicher Scherbanddicken diskretisierungsunabhängig zu simulieren und im Rahmen der Kontinuumsmechanik eine sinnvolle Lösung des zugrunde liegenden physikalischen Problems zu gewährleisten.

X-ray studies on adsorption processes at solid-liquid interfaces and ultrafast dynamics in water

Water and aqueous solutions play a significant role in nature and technical applications. Many biological and chemical processes that are of great importance in everyday life take place within a liquid environment. When an aqueous solution comes in contact with a solid, a solid-liquid interface is formed at which solvated molecules adsorb preferably. In the framework of this thesis the influence of different parameters, such as thermodynamic properties, electrostatic interactions as well as surface and solvate properties, on the adsorption process at solid-liquid interfaces was investigated. Therefore, in the first part of this thesis, the adsorption of lysozyme on a titanium oxide coated silicon wafer was studied under variation of temperature (20°C – 80°C), pressure (50 bar – 5000 bar), pH value (2 -12) and titanium oxide layer thickness (50 Å – 115 Å), respectively. With increasing temperature, pH value and titanium oxide layer thickness, the adsorption of lysozyme on the surface increases, while rising pressure leads to a desorption of lysozyme. In opposite to this hydrophilic surface also a hydrophobic surface was studied by investigating the adsorption of ions at a silicon wafer with octadecyltrichlorosilane (OTS) coating. Here, ion size as well as ion concentration were varied, respectively. The ions adsorb both in-between as well as on top of the OTS molecules. The adsorbed ion amount increases with rising ion concentration independent of the ion size. The second part of this thesis deals with water as solvent. Here, electron density disturbances in water were investigated on attosecond time scales by means of Inelastic X-ray Scattering (IXS) at three different water temperatures. The electron density disturbance is represented by a damped oscillation of the electron density in space and time, which propagates at 90°C on shorter time scales compared to 4°C and 20°C. Finally, on time scales above 600 as, the system reverts to an undisturbed state.

Wasser und wässrige Systeme spielen in der Natur und Technik eine signifikante Rolle, da die meisten biologischen und chemischen Prozesse in wässriger Umgebung stattfinden. Tritt eine wässrige Lösung in Kontakt zu einem Festkörper, entsteht eine fest-flüssig-Grenzfläche, an welcher in Wasser gelöste Moleküle bevorzugt adsorbieren können. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mittels Röntgenreflektivität (X-ray Reflectivity, XRR) in-situ Einflüsse diverser Parameter auf den Adsorptionsprozess an der fest-flüssig-Grenzfläche erforscht. Hierzu zählen thermodynamische Eigenschaften, elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Oberfläche und Solvat, Oberflächenbeschaffenheit und Eigenschaften des Solvats. Dafür wurde im ersten Abschnitt der Arbeit das Adsorptionsverhalten des Proteins Lysozym auf einem mit Titanoxid beschichteten Siliziumwafer, also einer hydrophilen Oberfläche, untersucht. Hier wurden jeweils einzeln die Temperatur (20°C – 80°C), der Druck (50 bar – 5000 bar), der pH-Wert (2 -12) und die Schichtdicke der Titanoxidbeschichtung (50 Å – 115 Å) variiert, um den Einfluss dieser Parameter auf den Adsorptionsprozess zu untersuchen. Eine Erhöhung der Temperatur, des pH-Wertes und der Titanoxidschichtdicke führte dabei zu größerer Adsorption von Lysozym auf der Oberfläche, während eine Erhöhung des Drucks zur Desorption führte. Des Weiteren wurde das Adsorptionsverhalten von Ionen auf einem mit Oktadecyltrichlorosilan (OTS) beschichteten Siliziumwafer, also einer hydrophoben Oberfläche, erforscht. Dabei wurden jeweils der Ionenradius und die Konzentration der Ionen variiert. Es wurde festgestellt, dass Ionen sowohl auf dem OTS als auch zwischen den einzelnen OTS Molekülen adsorbieren, wobei die Adsorption von Ionen größen- und konzentrationsabhängig ist. Im zweiten Abschnitt der Arbeit wurden mittels inelastischer Röntgenstreuung Elektronendichtestörungen in Wasser auf Zeitskalen von Attosekunden bei drei unterschiedlichen Wassertemperaturen erforscht. Die Elektronendichtestörung spiegelt sich in einer zeitlich und räumlich gedämpften Oszillation der Elektronendichte wider. Diese breitet sich bei 90°C auf kürzeren Zeitskalen im Vergleich zu 4°C und 20°C warmen Wasser aus. Ab 600 as relaxiert das System in einen ungestörten Zustand.

Numerische Modellierung des druck- und ratenabhängigen elastisch-plastischen Verhaltens von metallischen Werkstoffen

In this dissertation a nonlinear finite element model is developed for the analysis of the rateindependentand rate-dependent inelastic deformation and localization behavior of metals,which are hydrostatic stress-sensitive and show a different behavior in tension and compressionregions as well as an inelastic volume expansion.The continuum formulation of the large elastic-plastic and large elastic-viscoplastic deformationsis based on the multiplicative decomposition of the metric transformation tensor.Attention is focused particularly on the formulation of rate-independent and rate-dependentinelastic material models being able to simulate numerically the inelastic behavior of metalswhich is characterized by the above-mentioned experimental observed phenomena. In contrastto classical theories of metal plasticity a yield criterion and yield function respectivelydepending on 1 I , 2 J and 3 J are employed as well as a non-associated flow rule.The integration of the constitutive equations relies on an explicit algorithm consisting of aninelastic predictor and an elastic corrector.Extensive numerical investigations are carried out to study the effect of the material model onthe elastic-plastic and elastic-viscoplastic deformation and localization behavior. Therefor theinfluence of different material parameters is analysed.The results of the numerical calculations demonstrate that taking into account hydrostaticstress-sensitivity and rate-dependence of the inelastic material behavior can have a significantinfluence on the deformation and localization behavior. Since the real macroscopic behavioris described more accurately than before, the developed material model contributes to anoticeable improvement of the simulation quality.

In der vorliegenden Arbeit wird ein nichtlineares Finite-Element-Modell zur Analyse des ratenunabhängigen und ratenabhängigen inelastischen Deformations- und Lokalisierungsverhaltens von Metallen entwickelt, die vom hydrostatischen Spannungszustand abhängig sind,ein unterschiedliches Verhalten im Zug- und Druckbereich sowie eine inelastische Volumendilatationaufweisen.Die kontinuumsmechanische Beschreibung der großen elastisch-plastischen und großenelastisch-viskoplastischen Deformationen basiert auf der multiplikativen Aufspaltung desMetrik-Transformationstensors.Einen Schwerpunkt dieser Arbeit bildet die Formulierung ratenunabhängiger und ratenabhängigerinelastischer Materialmodelle, mit denen das durch die genannten Phänomene gekennzeichnetebei Experimenten beobachtete inelastische Materialverhalten metallischer Werkstoffenumerisch simuliert werden kann. Dafür wird abweichend von der klassischenMetallplastizität eine von 1 I , 2 J und 3 J abhängige Fließbedingung bzw. Fließfunktion sowieein nicht-assoziiertes Fließgesetz verwendet.Die numerische Integration der konstitutiven Gleichungen erfolgt mittels eines explizitenAlgorithmus, der aus einem inelastischen Prädiktor und elastischen Korrektor besteht.Anhand ausführlicher numerischer Studien wird die Auswirkung des Materialmodells auf daselastisch-plastische und elastisch-viskoplastische Deformations- und Lokalisierungsverhaltenuntersucht. Dafür wird der Einfluss unterschiedlicher Materialparameter analysiert.Die Ergebnisse der numerischen Untersuchungen verdeutlichen, dass die Berücksichtigungder Abhängigkeit vom hydrostatischen Spannungszustand und der Ratenabhängigkeit desinelastischen Materialverhaltens einen signifikanten Einfluss auf das Deformations- undLokalisierungsverhalten haben kann. Das entwickelte Materialmodell für Metalle trägt somitzu einer deutlichen Verbesserung der Simulationsergebnisse bei, da das reale makroskopischeVerhalten genauer als bisher beschrieben werden kann.