TU Braunschweig: LeoPARD - Publications And Research Data
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Evaluation of the use of green steel in body manufacturing
No full textZur Reduzierung der Umweltwirkungen eines Fahrzeugs können Elektrofahrzeuge eingesetzt werden. Dadurch verschieben sich die Emissionen innerhalb des Lebenszyklus von der Nutzungs- zur Herstellungsphase. Daher bedarf es einer Analyse der Treibhausgasemissionen-Hotspots in dieser Phase. Insbesondere die Karosseriebauteile aus Stahl stellen neben der Batteriefertigung einen Hotspot dar. Um die Stahl-Karosseriebauteile ökologisch zu optimieren, kann sogenannter grüner Stahl eingesetzt werden. Der grüne Stahl hat ein geringeres Treibhausgaspotenzial als der konventionelle Stahl, resultierend aus einer Prozessänderung: Zukünftig kann Stahl über eine wasserstoffbasierte Direktreduktionsroute oder eine schrottbasierte Elektrolichtbogenofenroute hergestellt werden. Diese Routen führen allerdings zu neuen technischen Herausforderungen. Daher muss zunächst eine Evaluierung aus technischer Sicht erfolgen, bevor ein Einsatz von grünem Stahl in Karosseriebauteilen erfolgen kann. Um eine Bewertung des Einsatzes von grünem Stahl vorzunehmen, wird zunächst eine Methodik entwickelt, die aus drei Schritten besteht. Zunächst erfolgt eine Analyse der Randbedingungen, die bei der Durchführung der Methodik berücksichtigt werden müssen. Anschließend werden die Versuchswerkstoffe nach zuvor definierten Prämissen ausgewählt und es wird eine Versuchsmatrix entwickelt, die die automobile Prozesskette Presswerk-Karosseriebau-Lackiererei umfasst. Dadurch wird eine vollumfängliche Bewertung für den automobilen Einsatz ermöglicht. Nachdem die Versuche experimentell durchgeführt sind, erfolgt eine Auswertung und Analyse der Versuchsergebnisse. Dabei wird die Erfüllung der jeweiligen Norm und die Vergleichbarkeit zum Referenzprodukt fokussiert, um potenzielle Abweichungen, resultierend aus einer Änderung der Stahlherstellungsroute, zu identifizieren. Um die Zusammenhänge zwischen der Herstellroute und den mechanischen Eigenschaften darzulegen, wird eine Prozess-Struktur-Eigenschaftskorrelation aufgezeigt. Anschließend wird die Methode durch eine Fallstudie experimentell erprobt. Dazu werden fünf Versuchswerkstoffe aus der schrottbasierten EAF-Route ausgewählt, die die zuvor entwickelte Versuchsmatrix durchlaufen. Auf Basis dieser Fallstudie werden Abweichungen und Auffälligkeiten erkannt, die auf einen erhöhten Schrotteinsatz zurückgeführt werden. Zudem wird ein charakteristischer „Fingerabdruck“ für grünen EAF-Stahl erarbeitet und Handlungsempfehlungen aus der Fallstudie für den Serienprozess abgeleitet. Abschließend erfolgt eine ökologische und ökonomische Potenzialabschätzung, welche eine Prognose der möglichen ökologischen Einsparungen durch den Einsatz von grünem Stahl in Karosseriebauteilen erlaubt.Electric vehicles can be used to reduce the environmental impact of a vehicle. This shifts the emissions within the life cycle from the use phase to the production phase. It is therefore necessary to analyze the greenhouse gas emission hotspots in this phase. The steel body components represent a hotspot alongside battery production. So-called green steels can be used to ecologically optimize the steel body components. Green steels have a lower greenhouse gas potential than conventional steel as a result of a process change: in future, steel can be produced using a hydrogen-based direct reduction route or a scrap-based electric arc furnace route. However, these routes lead to new technical challenges. Therefore, an evaluation must be carried out from a technical perspective before green steels can be used in car body components. In order to be able to evaluate the use of green steel, a methodology consisting of three steps is first developed. First, the boundary conditions, that must be taken into account when carrying out the methodology, are analyzed. The test materials are selected according to previously defined premises and a test matrix is developed, that covers the automotive process chain of press shop, body shop and paint shop. This enables a comprehensive evaluation for automotive use. Once the tests have been carried out experimentally, the test results can be evaluated and analyzed. The focus is on compliance with the respective standard and comparability with the reference product in order to be able to identify potential deviations resulting from a change in the steel production route. A process-structure-property correlation is shown to illustrate the relationships between the production route and the mechanical properties. The method is then tested experimentally in a case study. For this purpose, five test materials from the scrap-based EAF-route are selected and run through the previously developed test matrix. On the basis of this case study, deviations and anomalies can be identified that can be attributed to an increased use of scrap. In addition, a characteristic “fingerprint” for green EAF steels can be developed and recommendations for action can be derived from the case study for the series production process. Finally, an ecological and economic potential assessment is carried out, which allows a forecast of the possible ecological savings through the use of green steel in car body components
Weitereinwicklung der radarbasierten Handgestenerkennung: Autoencoder-basierte Deep-Learning-Architekturen für verbesserte Out-of-Distribution-Erkennung und teil-überwachtes Lernen
No full textRadar-based hand gesture recognition (HGR) has emerged as a promising alternative to conventional human-machine interfaces, offering robustness to environmental conditions and inherent privacy preservation. While deep learning (DL) has become the dominant approach for radar-based HGR, its widespread adoption faces two critical challenges: (i) inadequate performance against out-of-distribution (OOD) gestures, which can compromise system reliability and safety, and (ii) extensive dependency on carefully labeled datasets, the creation of which is time-consuming and resource-intensive. This thesis addresses these challenges through novel autoencoder (AE)-based deep learning frameworks that advance radar-based gesture recognition. Traditional classifiers often struggle with OOD detection, often making over-confident predictions for unknown inputs. AEs, which typically rely on reconstruction error as an OOD indicator, also face limitations when OOD inputs are unexpectedly well-reconstructed. To overcome these challenges, we first propose the Classification-based Autoencoder Network (CAN). CAN jointly optimizes an autoencoder and a classifier, structuring the latent space to improve OOD detection. This joint optimization of reconstruction loss and classification accuracy increases the separability of in-distribution (ID) data while pushing OOD inputs to distant regions in the latent space. During inference, CAN combines the Mahalanobis distance in the latent space that quantifies deviation from ID clusters, with the reconstruction error. CAN achieves a False Positive Rate (FPR) of 21%, a notable improvement over the baseline FPR of 58%. The reliance of CAN on Mahalanobis distance introduces computational complexity and assumes a Gaussian distribution, without directly optimizing the structure of the latent space. This limitation motivated the development of our second contribution, the Joint Euclidean Distance and Autoencoder Network (JEDAN). JEDAN replaces the classification-driven approach of CAN with a Euclidean Distance-based Classification Layer (EDCL) that directly learns class centroids, eliminating the need for Mahalanobis calculations and Gaussian assumptions. JEDAN optimizes intra-class compactness and inter-class separation while incorporating both reconstruction error and proximity to class centroids. As a result, it achieves superior OOD detection, reducing the FPR to an impressive 5%, a significant reduction from the 58% baseline. To overcome the key challenge of extensive data labeling, this thesis also introduces the Gaussian Mixture Variational Autoencoder (GMVAE). Traditional variational autoencoders (VAEs), constrained by unimodal Gaussian latent priors, struggle to effectively model diverse radar data, resulting in poorly structured latent spaces. GMVAE introduces a mixture of Gaussian distributions as its latent prior, allowing the latent space to capture distinct data clusters through multiple learnable Gaussian components. As a result, GMVAE performs well in unsupervised scenarios by identifying inherent groupings without relying on data labels, and in semi-supervised settings, it effectively leverages limited labeled data for classification. This significantly reduces the need for exhaustive annotation, achieving 98.12% accuracy with only 50% labeled data in semi-supervised learning and a strong 83.34% accuracy in a fully unsupervised setting. Collectively, the methods proposed in this thesis address key challenges in radar-based HGR. They improve system reliability by enhancing OOD detection and reducing the reliance on labeled datasets. These innovations pave the way for robust and scalable radar-based HGR systems suitable for a wide range of real-world applications.Radar-basierte Handgestenerkennung (HGR) hat sich als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Mensch-Maschine-Schnittstellen etabliert, da sie sowohl eine hohe Robustheit gegenüber Umweltbedingungen als auch einen inhärenten Schutz der Privatsphäre bietet. Obwohl deep learning (DL) die dominierende Methode für radarbasierte HGR ist, stehen ihrer breiten Anwendung zwei wesentliche Herausforderungen im Weg: (i) eine unzureichende Leistung bei der Erkennung von out-of-distribution (OOD)-Gesten, was die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Systems gefährden kann, und (ii) eine starke Abhängigkeit von sorgfältig annotierten Datensätzen, deren Erstellung zeit- und ressourcenintensiv ist. Diese Dissertation präsentiert eine umfassende Lösung dieser Herausforderungen durch neuartige, autoencoders (AEs)-basierte DL-Frameworks, die die radarbasierte Gestenerkennung entscheidend voranbringen. Traditionelle Klassifikationsalgorithmen haben oft Schwierigkeiten bei der Erkennung von OOD-Daten und neigen dazu, für unbekannte Eingaben übermäßig selbstsichere Vorhersagen zu treffen. Auch AEs, die üblicherweise den Rekonstruktionsfehler als Indikator für OOD-Daten nutzen, stoßen an ihre Grenzen, wenn OOD-Eingaben unerwartet gut rekonstruiert werden. Um diesen Einschränkungen zu begegnen, wird zunächst das Classification-based Autoencoder Network (CAN) vorgestellt. CAN optimiert gleichzeitig einen AE und einen Klassifikator und strukturiert so den latenten Raum, um die Erkennung von OOD-Daten zu verbessern. Durch die gemeinsame Optimierung von Rekonstruktionsverlust und Klassifikationsgenauigkeit wird die Trennbarkeit von in-distribution (ID)-Daten erhöht, während OOD-Eingaben in entferntere Bereiche des latenten Raums verschoben werden. Während der Modelinferenz kombiniert CAN die Mahalanobis-Distanz im latenten Raum, die Abweichungen von ID-Clustern quantifiziert, mit dem Rekonstruktionsfehler und erreicht dabei eine False Positive Rate (FPR) von 21%, verglichen mit einer Basislinie von 58%. Die Abhängigkeit von CAN von der Mahalanobis-Distanz bringt eine hohe rechnerische Komplexität mit sich und setzt eine Annahme über eine Gauss’sche Verteilung voraus, ohne die Struktur des latenten Raums direkt zu optimieren. Diese Einschränkung führte zur Entwicklung unseres zweiten Ansatzes, des Joint Euclidean Distance and Autoencoder Network (JEDAN). JEDAN ersetzt den klassifikationsgetriebenen Ansatz von CAN durch eine auf der euklidischen Distanz basierende Schicht, die Klassenzentren direkt lernt und dadurch die Berechnung der Mahalanobis-Distanz sowie Annahmen über eine Gauss’sche Verteilung überflüssig macht. Durch die Optimierung der intra-klassen Kompaktheit und der inter-klassen Trennung sowie durch die Nutzung des Rekonstruktionsfehlers und der Nähe zu Klassenzentren erreicht JEDAN eine überlegene OOD-Erkennung und reduziert die FPR auf geringe 5%, was eine robuste und effiziente Lösung für OOD-Probleme darstellt. Um dem zentralen Problem der starken Abhängigkeit von umfangreichen Datenannotationen zu begegnen, stellt diese Arbeit außerdem den Gaussian Mixture Variational Autoencoder (GMVAE) vor. Konventionelle variational autoencoders (VAEs), die auf unimodalen Gauss’schen latenten Priors basieren, können die Vielfalt radarbasierter Daten nicht effektiv modellieren, was zu schlecht strukturierten latenten Räumen führt. GMVAE verwendet innovativ eine Mischung aus Gauss’schen Verteilungen als latenten Prior, wodurch der latente Raum verschiedene Datencluster mit mehreren lernbaren Gauss’schen Komponenten darstellen kann. Dies ermöglicht GMVAE, in unüberwachten Szenarien eigenständig inhärente Gruppierungen zu identifizieren, und in semi-überwachten Szenarien begrenzte annotierte Daten effizient für Klassifikationen zu nutzen. Dadurch wird die Abhängigkeit von vollständig annotierten Daten erheblich gesenkt, wobei 98,12% Genauigkeit mit nur 50% annotierten Daten im teilüberwachten Lernen und starke 83,34% Genauigkeit in vollständig unüberwachten Szenarien erzielt werden. Zusammenfassend adressieren die in dieser Dissertation vorgeschlagenen Methoden wesentliche Herausforderungen der radarbasierten HGR. Sie verbessern die Zuverlässigkeit des Systems durch eine effizientere Erkennung unbekannter Gesten und reduzieren die Abhängigkeit von annotierten Datensätzen erheblich, was eine effizientere Implementierung ermöglicht. Diese Innovationen ebnen den Weg für skalierbare und robuste radarbasierte HGR-Systeme, die für eine Vielzahl von realen Anwendungen geeignet sind
PartnerING – Leitfaden zur Integration kollaborationsfördernder Elemente in Bauprojekte
Full text linkDie Realisierung von Bauprojekten erfordert das Zusammenwirken der Beteiligten auf unterschiedlichen Ebenen. Nur wenn sich alle Akteure zu einer kollaborativen Zusammenarbeit bereit erklären, können Maßnahmen zur Legitimierung, Förderung oder sogar Einforderung gemeinsamer Anstrengungen zum Erreichen des Projekterfolgs wirksam implementiert werden. Dennoch bleibt die Frage: Wie organisieren wir Zusammenarbeit in Bauprojekten? Diese Herausforderung verlangt Antworten auf vertraglicher, technischer, organisatorischer als auch auf kultureller Ebene. Das Ziel dieses Leitfadens ist es, hierfür Impulse zu geben, mögliche Lösungsansätze aufzuzeigen und den Dialog zwischen den Beteiligten zu fördern, um die partnerschaftliche Zusammenarbeit im Bauwesen weiterzuentwickeln. Zu diesem Zweck wurden aus der Literatur, aus alternativen Leitbildern der Projektabwicklung und über die Einbindung von Experten Partnerschaftselemente identifiziert, die sich insbesondere zur Integration in konventionelle Leitbilder der Projektabwicklung eignen. Der Leitfaden ist jedoch nicht als starre und abschließende Auflistung von Partnerschaftselementen, sondern als eine Diskussions- und Gestaltungsgrundlage zu verstehen. Die Partnerschaftselemente sollen Anstoß geben, gemeinsam und idealerweise bereits bei der Gestaltung von Strukturen und Verträgen über geeignete Instrumente nachzudenken und diese projektspezifisch weiterzuentwickeln. Einige Partnerschaftselemente sind vergleichsweise einfach umsetzbar, bei anderen kann dieser Leitfaden nur erste Anregungen für die Möglichkeiten schaffen. Des Weiteren stehen einzelne Elemente abgeschlossen für sich, während andere Elemente miteinander kombiniert werden sollten. Die Anwendung der Partnerschaftselemente erfordert projektspezifische und personelle Voraussetzungen. Eine hohe fachliche Kompetenz der Beteiligten ist zwingend –Partnerschaftselemente können sie nicht ersetzen oder kompensieren. Ebenso wenig können diese Elemente fehlende Entscheidungen oder Bedarfsplanungen, eine unzureichende Planungstiefe oder Schlechtleistungen in der Ausführung ausgleichen. Klare Zielsetzungen, ausführungsreife und koordinierte Planunterlagen sowie leistungsfähige Bauunternehmen sind daher weitere wichtige Voraussetzungen. Es ist die Herausforderung unserer Zeit, den dynamischen Prozess des Baugeschehens neu zu denken und hierfür geeignete Grundlagen zu schaffen. Dieser Leitfaden soll für diesen Prozess Anstöße liefern und erste Lösungsansätze skizzieren
PartnerING – Integration kollaborationsfördernder Elemente in Bauprojekte: Forschungsbericht
Full text linkElemente zur Förderung eines kollaborativen Umgangs (nachfolgend auch als Partnerschaftselemente bezeichnet) sind in alternativen Leitbildern der Projektabwicklung fester Bestandteil. Zur Integration von Partnerschaftselementen in konventionell realisierten Projekten fehlt es häufig an ausreichenden Informationen hinsichtlich der Möglichkeiten sowie einer methodischen Vorgehensweise, sodass häufig nur tradierte Methoden des Projektmanagements genutzt und vertraglich vereinbart werden. Das Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines Leitfadens zur Integration kollaborationsfördernder Elemente in konventionell realisierten Projekten, um eine partnerschaftliche Bauprojektrealisierung im Interesse aller Beteiligten in der Breite zu fördern. Im Leitfaden werden unter Berücksichtigung der verschiedenen Perspektiven der am Bau Beteiligten Handlungsempfehlungen veranschaulicht, um hierfür ein strukturiertes Vorgehen bei der Projektrealisierung zu gewährleisten. Die maßgebliche Forschungsfrage hierfür lautete, wie sich die einzelnen Elemente aus alternativen Projektabwicklungsformen auf die konventionelle Projektabwicklung übertragen lassen. Im ersten Schritt wurde der Untersuchungsrahmen festgelegt. Hierfür wurde der Begriff des Projektabwicklungsmodells aufbauend auf einer Literaturrecherche definiert. Anschließend wurden relevante Leitbilder der Projektabwicklung voneinander abgegrenzt. Dazu wurden die folgenden Kriterien identifiziert und angewandt: notwendige Vorarbeiten auf Auftraggeberseite, Ausprägung einer kollaborativen Zusammenarbeit, Zeitpunkt der Einbindung der Ausführung, Unternehmereinsatzformen, Planungsverantwortung, Umgang mit Risiken und Vergütungsmodell. Darauf aufbauend wurde festgelegt, dass für die weitere Untersuchung die Einzelunternehmervergabe sowie der Generalunternehmer (GU)/Generalübernehmer (GÜ) ohne Ausführungsplanung als konventionelle Projektabwicklungsmodelle im engeren Sinne, der GU/GÜ mit Ausführungsplanung sowie der Totalunternehmer/Totalübernehmer (TU/TÜ) als konventionelle Projektabwicklungsmodelle im weiteren Sinne betrachtet werden. Partnering und die Integrierte Projektabwicklung (IPA) wurden als alternative Projektabwicklungsmodelle weiterverfolgt. Im zweiten Schritt folgte eine systematische Literaturrecherche zur Identifizierung von Partnerschaftselementen. Im Ergebnis konnten ca. 70 Partnerschaftselemente herausgearbeitet werden. Diese wurden anschließend induktiv kategorisiert. Hieraus ergaben sich die vier Handlungsbereiche Vertrag und Vergütung, Organisation und Technologie, Kultur und Soziales sowie Streitbeilegung und Begleitung. Hierbei stand der Nutzen für die Bauprojektrealisierung im Fokus. Für die einzelnen Partnerschaftselemente wurden deren Bedeutung/Funktion und deren Voraussetzungen/Randbedingungen herausgearbeitet. Zudem wurde analysiert, welche außerfachlichen Kompetenzen für deren Umsetzung notwendig sind. Im dritten Schritt wurde eine Onlinebefragung zu aktuellen Erfahrungen mit/ohne Partnerschaftselemente(n) durchgeführt, an der 424 am Bau Beteiligte teilnahmen. Im vierten Schritt erfolgten eine Validierung und Finalisierung der Ergebnisse durch zwei Expertenworkshops und die Einbindung juristischer Kompetenz. Dadurch wurde insbesondere die praktische Umsetzbarkeit überprüft. Kritisch zu würdigen ist, dass die vorab definierten Zielerreichungskriterien für das Forschungsprojekt erfüllt wurden. Die avisierte Anzahl der Beteiligten an der Onlinebefragung wurde deutlich übertroffen. Für die praktische Nutzung der Ergebnisse wurde ein Leitfaden erstellt, in dem die einzelnen Partnerschaftselemente vorgestellt werden. Darüber hinaus wurden deren jeweilige Funktionen angegeben und dargestellt, in welchen konventionellen Projektabwicklungsformen diese jeweils anwendbar sind. Dieser Leitfaden soll Baubeteiligten dazu dienen, die Integration von Partnerschaftselementen in die konventionelle Projektabwicklung frühzeitig zu diskutieren und strukturiert umzusetzen. Durch die beabsichtigten positiven Auswirkungen auf die Kollaboration der Projektbeteiligten sollen mittelbar auch die Projektkultur und die Zielerreichung von Bauprojekten verbessert werden.Elements that promote collaborative interaction, or partnership elements, are an integral part of partnership-based project delivery systems. However, when it comes to integrating these elements into conventional projects, there is often insufficient information about the possibilities and a methodical approach. Consequently, traditional project delivery systems are frequently used and agreed upon in contracts. The research project aims to develop guidelines for incorporating collaboration-promoting elements into conventionally implemented projects, with the goal of fostering partnership-based construction project implementation that benefits all parties involved. The guidelines provide recommendations for action that take into account the different perspectives of those involved in construction, ensuring a structured approach to project implementation. The key research question was how elements from alternative project delivery systems could be transferred to conventional project management. The first step was to define the scope of the study. To this end, a literature review was conducted to define the concept of project delivery systems. Relevant project delivery systems were then distinguished from one another. The following criteria were identified and applied: necessary preparatory work on the client side; degree of collaborative cooperation; timing of contractor involvement; forms of contractor deployment; planning responsibility; risk management; and remuneration model. Based on these criteria, it was determined that, for further investigation, sole trader contracts and general contractors without execution planning would be considered conventional project delivery systems in the narrower sense. Meanwhile, general contractors with execution planning and total contractors would be considered conventional project delivery systems in the broader sense. Partnering and integrated project delivery systems (IPA) were pursued as partnership-based project delivery systems. The second step involved a systematic literature review to identify partnership elements. As a result, around 70 partnership elements were identified. These were then categorised inductively. This yielded four areas of action: contracts and remuneration; organisation and technology; culture and social issues; and dispute resolution and support. The focus here was on the benefits for the implementation of construction projects. The significance, function, prerequisites and constraints of the individual partnership elements were identified. Additionally, an analysis was conducted to determine the necessary nontechnical skills for implementation. The third step involved conducting an online survey on current experiences with and without partnership elements, in which 424 people involved in construction took part. The results were then validated and finalised in two expert workshops involving legal expertise. This was particularly important for verifying the practical feasibility of the findings. The predefined target achievement criteria for the research project were met. The target number of participants in the online survey was significantly exceeded. A guide was created to support the practical application of the results, presenting the individual partnership elements. Their respective functions were also specified, along with the conventional project delivery systems to which they can be applied. The guide is intended to help those involved in construction discuss the early-stage integration of partnership elements into conventional project delivery systems and implement them in a structured manner. The positive effects on collaboration between project participants should also improve the project culture and achievement of construction project goals indirectly
Geschlechts- und zelltypspezifische Nogo-A-Regulierung der neuronalen Erregung in Angstgedächtnisprozessen
Full text linkMemory engrams are neural ensembles whose enduring structural remodeling and strengthened synaptic connectivity underlie the storage and recall of memories. The fear engram generated during aversive learning relies on both the plasticity of the neuronal network for its formation and the stability for persistence. Since the allocation of neurons to a specific engram depends on their excitability, molecules regulating the excitation / inhibition balance (E/I balance) in the brain are key players in engram formation. Nogo-A has been shown to influence the E/I balance, restrict activity-dependent functional and structural plasticity and modulate learning and memory formation. However, whether Nogo-A controls the memory engram formation is still unknown. In this thesis, behavioral experiments were combined with immunohistochemical analysis, genetic tools, Ca2+ imaging and electrophysiology to address this question. Moreover, the cell type-specific role of Nogo-A in memory engram formation was assessed by comparing conditional knockout (cKO) mice - missing Nogo-A either in parvalbumin (PV)-expressing interneurons or in excitatory neurons – with wildtype controls in an amygdala- and hippocampus-dependent contextual fear conditioning paradigm. Mice lacking Nogo-A in excitatory neurons exhibit an increased freezing time accompanied by a significantly higher number of cFOS expressing neurons in the basolateral amygdala (BLA). The effect on fear memory of deleting Nogo-A from excitatory neurons could only be observed in female mice, suggesting a sex- and cell type-specific effect of Nogo-A in this context. However, the improved spatial learning in the novel object location test was observed equally in both male and female Nogo-A cKO mice. Moreover, deletion of Nogo-A from excitatory neurons resulted in increased field excitatory postsynaptic potentials in female mice, indicating a higher neuronal excitability. Conversely, cKO mice lacking Nogo-A in PV-expressing interneuron showed the opposite effects in all of the above experimental paradigms, although with a small effect size. 2-Photon Ca2+-imaging experiments showed an increase in the synchrony of Ca2+-events under basal conditions in CA3 neurons in organotypic slice cultures lacking Nogo-A in excitatory neurons. Additionally, following chemical induction of long-term potentiation, the frequency as well as the amplitudes of Ca2+-events were found to be enhanced. Overall, Nogo-A signaling regulates fear memory processes in a sex- and cell type-specific manner as well as plasticity and excitability in the hippocampus.Gedächtnisengramme sind neuronale Ensembles, deren dauerhafte strukturelle Umgestaltung und verstärkte synaptische Konnektivität die Grundlage für die Speicherung und den Abruf von Erinnerungen bilden. Das während des aversiven Lernens erzeugte Angst-Engramm ist sowohl für seine Entstehung als auch seine Beständigkeit auf die Plastizität und Stabilität des neuronalen Netzwerks angewiesen. Da die Erregbarkeit von Neuronen entscheidend für die Engrammzuordnung ist, spielen Moleküle, die das Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung regulieren, eine Schlüsselrolle bei der Engrammbildung. Es wurde gezeigt, dass Nogo-A dieses Gleichgewicht beeinflusst, die funktionelle und strukturelle Plastizität einschränkt und die Gedächtnisbildung moduliert. Ob Nogo-A jedoch Gedächtnisengramme reguliert, ist noch unbekannt. Um diese Frage zu beantworten, wurden Verhaltensexperimente mit immunhistochemischen Analysen, genetischen Werkzeugen, Ca2+-Bildgebung und Elektrophysiologie kombiniert. Mithilfe konditionaler Knockout Mäuse (cKO) – denen Nogo-A entweder in Parvalbumin-exprimierenden Interneuronen oder in exzitatorischen Neuronen fehlt – wurde die zelltypspezifische Funktion von Nogo-A in einem amygdala- und hippocampusabhängigen kontextuellen Angstkonditionierungsparadigma untersucht. Mäuse, denen Nogo-A in exzitatorischen Neuronen fehlt, zeigen eine erhöhte Einfrierzeit, begleitet von einer signifikant höheren Anzahl von cFOS-exprimierenden Neuronen in der basolateralen Amygdala. Das verstärkte Angstgedächtnis konnte jedoch nur bei weiblichen Mäusen beobachtet werden, was auf eine geschlechts- und zelltypspezifische Wirkung von Nogo-A hindeutet. Räumliches Lernen verbesserte sich jedoch bei beiden Geschlechtern im Objekt-Lokalisierungstest. Darüber hinaus führte der Nogo-A cKO aus exzitatorischen Neuronen bei weiblichen Mäusen zu erhöhten exzitatorischen postsynaptischen Feldpotenzialen, was auf eine höhere neuronale Erregbarkeit hindeutet. Umgekehrt zeigten cKO-Mäuse ohne Nogo-A in PV-exprimierenden Interneuronen in allen oben genannten Experimenten die gegenteiligen Effekte, wenn auch mit geringerer Effektstärke. Ca2+-Imaging-Experimente zeigten eine Zunahme der Synchronität von Ca2+-Ereignissen unter basalen Bedingungen in CA3-Neuronen, denen Nogo-A in exzitatorischen Neuronen fehlte. Zusätzlich wurde nach chemischer Induktion einer Langzeitpotenzierung festgestellt, dass sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der Ca2+-Ereignisse erhöht waren. Insgesamt reguliert der Nogo-A-Sig-nalweg die Angstgedächtnisprozesse in einer geschlechts- und zelltypspezifischen Weise und zusätzlich die Plastizität und Erregbarkeit im Hippocampus
Integrated planning and design of positive urban factory- and product-service-systems
Full text linkIndustrielle Fabrikaktivitäten tragen zu irreversiblen Umweltveränderungen bei und beeinträchtigen das Wohlbefinden aller Akteure entlang der Wertschöpfungskette, von Mitarbeitenden über Kunden bis zu urbanen Gemeinschaften. Nachhaltige Entwicklung erfordert deshalb, neben der Industrie auch den urbanen Raum als Gestaltungsfeld einzubeziehen. Urban eingebettete Fabriksysteme bieten das Potential, ökologische und soziale Wirkungen nicht nur zu reduzieren, sondern mittels Überkompensation durch gezielte positiv wirkende fabrik- und produktbezogene Services zu lebenswerten Städten beizutragen. Bisherige Konzepte zu netto-positiven, ultra-effizienten oder Positivfabriken greifen stadtspezifische Chancen und Herausforderungen nicht ausreichend auf. Die vorliegende Dissertation stellt ein ganzheitliches integriertes Planungs- und Gestaltungskonzept vor, welches urbane und globale Positivwirkungen von Fabrik- und Produkt-Service-Systemen im urbanen Raum anstrebt. Das Konzept basiert auf einem vertieften Systemverständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen Produkt- und Fabrikplanung sowie den (im-)materiellen Austauschbeziehungen von Stadt-, Fabrik- und Produktsystemen. Ausgehend von der Festlegung einer Vision und konkreter Ziele positiv wirkender Fabriksysteme dient das System- und Geschäftsmodell als Analyse- und Visualisierung der (symbiotischen) Austauschbeziehungen. Ein zentrales Element bildet die Übergangszone zwischen Stadt- und Fabriksystem, da dort Akteure beider Systeme interagieren und durch co-kreative Prozesse Innovationen ermöglicht werden, die über die klassische Fabrikgrenzen-Betrachtung hinausgehen. Die Entwicklung von funktionalen Gestaltungsansätzen und Gestaltungsprinzipien bilden die Basis für die Transformation positiv wirkender Fabrik- und Produkt-Service-Systeme. Kern ist die funktionale Integration, durch welche urbane Funktionen wie Bildung, Freizeit oder Wertschöpfung anhand von fabrik- und produktbezogenen Services erfüllt werden. Mit der Entwicklung eines iterativen Positiv-Wirkungs-Verbesserungs-Kreislaufs wird die Abschätzung von Wirkungen ermöglicht, die auf Basis von (im-)materiellen Austauschflüssen zwischen Stadt- und Fabriksystem die Tragfähigkeit des urbanen Systems bewertet. Zudem ist unter Einbezug sozialer, ökologischer und räumlicher urbaner Indikatoren eine ganzheitliche Nachhaltigkeitsbewertung entwickelt worden, die sicherstellt, dass die Auswirkungen der geplanten Gestaltungsansätze und Maßnahmen messbar sind und zum Ziel der positiven Wirkungen beitragen. Das systembasierte Vorgehensmodell stellt die Anwendung des Systemverständnisses dar, indem die Planungs- und Gestaltungsaktivitäten durch die System- und Geschäftsmodell-Modellierung sowie durch die Wirkungsabschätzung flankiert werden. Anhand von sechs Entwicklungsschritten und jeweils definierten Meilensteinen wird den Konzept-Anwendenden eine Methodik geboten, die es ihnen ermöglicht positive Wirkungen von Fabrik- und Produkt-Service-Systemen zu planen, anhand einer Systemdekomposition zu gestalten und anschließend zu bewerten. Die Anwendbarkeit des Konzeptes wird in zwei Fallstudien urbaner Fabriksysteme exemplarisch demonstriert. Die Fallstudie eines mittelständischen Produktionsunternehmens zeigt einen kreislauforientierten Transformationsprozess auf, der auf die positive Interaktion mit einem angrenzenden Neubaugebiet ausgerichtet ist. Die zweite Fallstudie konzentriert sich auf eine ressourceneffiziente Geschäftsmodell-Entwicklung mit dem Ziel der funktionalen Integration. In den Fallstudien wird deutlich, dass urbane Fabriken und Produkt-Service-Systeme, die sich an den Bedürfnissen der Stadtgesellschaft orientieren und an ihren spezifischen urbanen Raum angepasst sind, entscheidend zu einem lebendigen und partizipativen Quartier beitragen. Das entwickelte Planungs- und Gestaltungskonzept bietet den Fabrik- und Produktplanenden sowohl einen Rahmen, als auch Methoden für die Transformation und die funktionale Integration in den urbanen Raum unter Abschätzung der Auswirkungen von Fabrik- und Produkt-Service-Systemen.Factory activities contribute significantly to irreversible environmental changes and impair the well-being of all actors along the value chain, from employees and customers to urban communities. Sustainable development must therefore extend beyond traditional industry actors to include the urban realm as a design field. Urban embedded factory systems offer the potential not only to reduce environmental and social impacts, but also to contribute to liveable cities by overcompensating through targeted factory and product-related services. Concepts for net-positive, positive-impact or ultra-efficient factories do not sufficiently address city-specific opportunities and challenges. This dissertation introduces a holistic, integrated planning and design concept that strives for local and global positive impacts. It builds on a deep, system-level understanding of the complex interactions between product and factory planning as well as the (im-)material exchange relationships among urban, factory and product systems. Starting from a vision and concrete goals for positively-impacting factory systems, a system- and business model is developed to map and visualize symbiotic exchanges. A central element is the zone between the city and factory system, where actors from both systems interact and co-creative processes enable innovations that transcend conventional factory boundaries. The development of functional design approaches and design principles form the basis for the transformation of positively-impacting urban factory- and product-service-systems. Key to the concept is the functional integration, through which urban functions such as education, leisure or value creation are fulfilled, by means of factory and product-related services. The development of an iterative positive-impact-improvement cycle enables the assessment of impacts. It evaluates the carrying capacity of the urban system by tracing (im-)material flows between city and factory system. In addition, a holistic sustainability assessment is developed, taking into account social, ecological and spatial urban indicators, to ensure that the planned design approaches and measures are measurable and contribute to the goal of positive impacts. The system-based procedure model operationalizes these ideas by flanking planning and design activities with modeling both, the system and business model as well as the impact assessment. Six development steps, each with defined milestones, provide practitioners with a clear methodology to plan, design and evaluate factory- and product-service-systems for positive urban effects. The concept’s practicability is demonstrated in two urban case studies. The first explores a circular-oriented transformation process at a medium-sized manufacturer, aimed at positive interaction with an adjacent new housing development. The second focuses on the development of a resource-efficient business model to achieve functional integration of factory and urban services. The case studies show that urban factory- and product-service-systems that are geared to the needs of urban society and adapted to their specific urban space make a decisive contribution to a liveable and participatory neighbourhood. The developed planning and design concept offers factory and product planners a framework and methods for the transformation and functional integration into the urban space while assessing the impacts of factory- and product-service-systems
Hilfesuche in Krisensituationen – Der Zusammenhang zwischen Extremwetterereignissen und digitaler Hilfesuche
No full textLife cycle-oriented sustainability assessment of residential buildings in the context of renovation and replacement construction
Full text linkAus Perspektive der nachhaltigen Entwicklung im Gebäudebestand ergibt sich die Fragestellung, ob ein in der Praxis aufgrund von wirtschaftlichen Aspekten typischerweise durchgeführter Abriss und Ersatzneubau gegenüber einer Bestandssanierung tatsächlich zu bevorzugen ist, um die Umweltwirkungen des Gebäudesektors zu reduzieren. Eine Nachhaltigkeitsbewertung beider Ansätze kann mittels Lebenszyklusbetrachtungen erfolgen. Auf Basis einer systematischen Literaturrecherche wird der Forschungsbedarf hinsichtlich einer kombinierten Betrachtung der ökologischen und ökonomischen Wirkungen von Maßnahmenkombinationen an der Gebäudehülle identifiziert. Dabei werden ökologische Baustoffe sowie unterschiedliche Energieversorgungskonzepte berücksichtigt. Die Nachhaltigkeitsbewertung fokussiert Ökobilanzen und Lebenszykluskostenbetrachtungen auf quantitativer Bewertungsebene. Die Ergebnisse werden mittels einer Ökoeffizienzbewertung ausgewertet. Zudem werden ausgewählte qualitative Aspekte beschrieben und ein Ansatz zur kombinierten Bewertung der qualitativen und quantitativen Ergebnisse vorgestellt. Aus rein ökologischer und ökonomischer Perspektive zeigt die Konzeptanwendung in Bezug auf Mehrfamilienhäuser der 1950er Jahre, dass eine Sanierung dem Ersatzneubau vorzuziehen ist, obwohl ein Neubau im Betrieb geringere Umweltwirkungen und Energiekosten (ohne weitere Nutzungs- und Instandhaltungskosten) verursachen würde. Die durch den Abriss und Neubau entstandenen Grauen Emissionen haben erheblichen Einfluss auf die Bilanz. Für die 300 betrachteten Varianten wird deutlich, dass die ökoeffizientesten Lösungen in Sanierungsansätzen liegen, welche den Einsatz einer Wärmepumpe vorsehen und einen Gebäudestandard von mindestens ‚Effizienzhaus 70‘ erreichen. Für Ersatzneubauten nach Hüllanforderungen des ‚Gebäudeenergiegesetz (GEG)‘ in massiver Bauweise mit Wärmepumpe liegt das ‚Global Warming Potential‘ (GWP) über 50 Jahre im Mittel 56% (165,3 t CO2-Äq.) über den entsprechenden Sanierungsvarianten, der Barwert ist durchschnittlich 82.636€ höher. Bei einem ‚Effizienzhaus 40‘ - Hüllstandard ist das GWP im Mittel über 50 Jahre sogar 85% (202,3 t CO2-Äq.) und der Barwert durchschnittlich 159.926€ höher. Die Identifikation signifikanter Einflussfaktoren im Lebenszyklus von Gebäuden zeigt, dass die Auswahl des Dämmmaterials einen vernachlässigbaren Einfluss aufweist, während die Wahl der Energieversorgung und die Qualität der thermischen Gebäudehülle von entscheidender Relevanz für die ökologische und ökonomische Qualität des Gebäudes sind. Darüber hinaus ist die Dekarbonisierung der Strom- und Wärmenetze von signifikanter Bedeutung für das GWP. Qualitative Aspekte wie die Rückbaubarkeit oder Umsetzbarkeit führen zu einer Verschiebung der Empfehlungen im Vergleich zu einer reinen Ökoeffizienzauswertung. Es wird deutlich, dass der Fokus der Bewertung entscheidend ist und dieser mithilfe des vorgestellten Ansatzes zur Entscheidungsfindung begründet festgelegt werden kann. Insgesamt liefert diese Dissertation eine Entscheidungsunterstützung für Wohnungsbaugesellschaften, Politik oder Kommunen, die sich mit der nachhaltigen Entwicklung des Wohngebäudebestands befassen. Sie zeigt auf, dass eine ganzheitliche Nachhaltigkeitsbewertung über den Gebäudelebenszyklus notwendig ist, um eine fundierte Entscheidung hinsichtlich Sanierung oder Ersatzneubau zu treffen. Das vorgestellte Konzept zur Nachhaltigkeitsbewertung bietet die Möglichkeit der Übertragbarkeit auf verschiedene Wohngebäudetypologien.From the perspective of sustainable development in existing buildings, the question arises as to whether demolition and new construction, which is typically carried out in practice for economic reasons, is actually preferable to renovation in order to reduce the environmental impact of the building sector. Both options can be evaluated using holistic life cycle assessments. A systematic literature review is used to identify the need for research regarding a combined consideration of the ecological and economic impacts of combinations of measures on the building envelope. Ecological building materials and different energy supply concepts are considered. The sustainability assessment focuses on life cycle assessments and life cycle cost considerations at a quantitative assessment level. The results are evaluated by means of an eco-efficiency assessment. In addition, selected qualitative aspects are described and an approach for the combined evaluation of the qualitative and quantitative results is presented. From a purely ecological and economic perspective, the application of the concept to multi-family houses from the 1950s shows that renovation is preferable to the construction of a new building, although a new building would have a lower environmental impact and energy costs during operation (without further usage and maintenance costs). The embodied emissions caused by demolition and new construction have a considerable influence on the balance. For the 300 variants examined, it is clear that the most eco-efficient solutions lie in renovation approaches that incorporate the use of heat pumps and achieve a building standard of at least 'Efficiency House 70'. For replacement buildings in accordance with the ‘Building Energy Act (GEG)’ standard in solid construction and heat pumps, the 'Global Warming Potential' (GWP) over 50 years is on average 56% (165.3 t CO2-eq.) higher than the corresponding renovation variants, and the cash value is on average €82,636 higher. For an 'Efficiency House 40' envelope standard, the GWP is even 85% higher on average over 50 years (202.3 t CO2-eq.) and the cash value is on average €159,926 higher. The identification of significant influencing factors in the life cycle of buildings shows that the choice of insulation material has a negligible influence, while the choice of energy supply and the quality of the thermal building envelope are of decisive relevance for the ecological and economic quality of the building. In addition, the decarbonization of the electricity and heating grids is of significant importance for the GWP. Qualitative aspects such as the potential for deconstruction or feasibility lead to a shift in the recommendations compared to a pure eco-efficiency evaluation. It becomes clear that the focus of the evaluation is crucial and that this can be determined in a well-founded manner using the decision-making approach presented. Overall, this dissertation provides decision-making support for housing associations, politicians and local authorities who are concerned with the sustainable development of the housing stock. It shows that a holistic sustainability assessment over the building life cycle is necessary in order to make a well-founded decision regarding renovation or demolition and replacement construction. The presented concept for sustainability assessment offers the possibility of transferability to different residential building typologies