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Additive Manufacturing: Product Development Process Optimization Through CAD-CAM Integration
No full textDie Verbreitung von 3D-Druck-Anwendungen im Bereich der Home- und Office-User führt zu einer gesellschaftlichen und medialen Fokussierung aller Technologien zur additiven Bauteilherstellung. Auch für die professionelle Anwendung dieser Technologien als Fertigungsverfahren werden die Möglichkeiten als grenzenlos beschrieben. Bei weitergehender Auseinandersetzung wird jedoch schnell festgestellt, dass sich additive Fertigungsverfahren zwar prinzipiell zur Herstellung von Produk-ten eignen, eine umfassende Einbindung in bekannte Betriebs- und Entwicklungsab-läufe jedoch noch nicht gegeben ist. Ziel der Arbeit ist es, eine umfassende CAD-CAM-Prozesskette für additive Fertigungsverfahren zu entwickeln. So sollen durch bessere Integration die Akzeptanz, Effizienz und Qualität des Produktentwicklungsprozesses gesteigert werden. Dazu wird ein Ansatz zur Erweiterung gängiger 3D-CAD-Systeme entwickelt. Hiermit sollen die für die additive Fertigung typischen Eigenschaften direkt bei der Bauteilgestaltung verfügbar gemacht werden. Die Integration resultiert letztendlich in der Bereitstellung von Schichtdaten im eigens entwickelten Schichtdatenformat Additive Manufacturing Layer File Format (AMLF). Die Umsetzung erfolgt durch umfassende Nutzung von Systems Engineering Methoden. Als Demonstrator für die Erfassung von Anforderungen und die Beschreibung von Teillösungen wird die gekühlte Leitschaufel einer Gasturbine gewählt.The growing use of 3D printing applications in the home and office environment increases media coverage of the related additive manufacturing technologies. In this regard, the possibilities for the professional utilization of these technologies are de-scribed as limitless. However, a closer look quickly reveals that additive manufacturing technologies are in principle suitable for manufacturing whereas a full integration in the known development processes is not given yet. Therefore, the aim of this work is the description of a comprehensive CAD-CAM-process chain for additive manufacturing. As a result a better acceptance, efficiency and quality of the product devel-opment process should be achieved. For this purpose, an approach for the enhancement of standard 3D-CAD-systems is developed. This approach provides additive manufacturing specific properties and features during the part design process, which eventually results in layer data that is exchanged with the self-developed Additive Manufacturing Layer File Format (AMLF). The implementation is carried out by the use of systems engineering methods. For an extended requirements review and the description of partial solutions, a cooled stationary blade of a gas turbine is chosen as demonstrator
Die polare Mikrostruktur und das nanoskalige elektromechanische Verhalten von bleifreien piezoelektrischen Keramiken
No full textIn der Fülle an Energiewandlern werden piezoelektrische Materialien besonders geschätzt, da sie die Eigenschaft besitzen, mechanische und elektrische Energie linear ineinander umzuwandeln. Die Piezoelektrizität dieser Materialien wird in zahlreichen Hochtechnologie-Anwendungen eingesetzt, unter anderem in Aktoren, Einspritzventilen, Ultraschallwandlern, piezoelektrischen Motoren oder Mikro- und Nanopositionierungssystemen. Um die nachteiligen Effekte des weitverbreiteten Hochleistungswerkstoffs Blei-Zirkonat-Titanat auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu minimieren, wurden weitreichende Forschungsbestrebungen initiiert, die zu einer Verbesserung bereits bestehender und der Entwicklung gänzlich neuer ungiftiger Piezoelektrika führen sollen.
Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung der herausragenden Eigenschaften von KNN- und BNT-basierten piezoelektrischen Materialien auf submikroskopischen Längenskalen. Die zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen wurden mithilfe der Piezoantwort-Kraft-Mikroskopie für drei unterschiedliche Materialklassen untersucht: Erstens, ein Ferroelektrikum, stellvertreten durch 0.95(Na0.49K0.49Li0.02)(Nb0.8Ta0.2)O3-0.05CaZrO3; zweitens, ein Relaxor-Ferroelektrikum, namentlich Bi1/2Na1/2TiO3-0.19Bi1/2K1/2TiO3-yBiZn1/2Ti1/2O3; drittens, ein Kompositmaterial, das sowohl einen nichtergodischen Relaxorphasenanteil Bi1/2Na1/2TiO3-0.07BaTiO3 als auch einen ergodischen Relaxorphasenanteil, Bi1/2Na1/2TiO3-0.06BaTiO3-0.02K0.5Na0.5NbO3, enthält.
Dieser ganzheitliche Ansatz beinhaltet auch den Einsatz verschiedener Charakterisierungsmethoden zur Untersuchung des makroskopischen Verhaltens, um einen Vergleich mit den mittels PFM ermittelten submikroskpischen Eigenschaften zu ermöglichen. Die strukturellen, mikrostrukturellen und elektrischen Eigenschaften als auch Ihre gegenseitige Wechselbeziehungen werden als Funktion von Zusammensetzung, Temperatur und elektrischem Feld untersucht. Die durchgeführte Forschungsarbeit basiert damit auf den verknüpften Beobachtungen des materialspezifischen elektromechanischen Verhaltens auf verschiedenen Größenordnungen, vom Submikroskopischem bis hin zum Makroskopischem. Ersteres wird im Rahmen dieser Arbeit durch die Piezoantwort-Kraft-Mikroskopie erreicht, einer hochmodernen Variante der Rasterkraftmikroskopie. Der direkte Vergleich der Eigenschaften auf verschiedenen Längenskalen erlaubt einen tiefen Einblick in die grundlegenden Mechanismen für die teils überragenden Eigenschaften der untersuchten Materialsysteme. Neuartige, fortschrittliche Datenanalysemethoden werden eingeführt und vorgestellt, um eine quantitative Beschreibung der komplexen Domänenstruktur zu erlauben, die in diesen Materialien beobachtet werden. Darüber hinaus wird dadurch eine Differenzierung des lokalen Schaltverhaltens ermöglicht.Within the plethora of energy converters, piezoelectric materials are highly recognized due to their ability of linear, bidirectional translation of mechanical and electric energy. The piezoelectricity of these materials is, as such, employed for countless high-tech applications from piezoelectric actuators, fuel injectors, transducers to piezoelectric motors, micro- and nanopositioning systems, and many others. In order to mitigate the adverse effect of prevalent, high-performance lead zirconate titanate and its compounds on human health and environment, a rapid growth of research efforts has been encouraged in the field of lead-free piezoelectric materials, resulting in an improvement of already existing and the development of a variety of new non-toxic piezoelectric materials. The present work focuses on the investigation of the salient properties of KNN- and BNT-based piezoelectric materials, performed on the sub-micron scale. The underlying, fundamental physical mechanisms were assessed by means of piezoresponse force microscopy for three distinct material classes: First, a ferroelectric, represented by 0.95(Na0.49K0.49Li0.02)(Nb0.8Ta0.2)O3-0.05CaZrO3; second, a relaxor ferroelectric, namely Bi1/2Na1/2TiO3-0.19Bi1/2K1/2TiO3-yBiZn1/2Ti1/2O3; third, a composite material that comprises nonergodic phase fraction of Bi1/2Na1/2TiO3-0.07BaTiO3 along with an ergodic phase Bi1/2Na1/2TiO3-0.06BaTiO3-0.02K0.5Na0.5NbO3. This comprehensive approach includes the investigation of the macroscopic constitutive behavior by means of various electric characterization methods, contrasted against the sub-microscopic investigations performed via piezoresponse force microscopy. Their structural, microstructural, and electrical properties, as well as their mutual interrelation are examined as a function of composition, temperature, and electric field. The conducted research is based on the interrelated observations of the materials’ electromechanical behavior on different length scales, ranging from a submicroscopic to a macroscopic perspective. Within the framework of this work, the former one is achieved by means of piezoresponse force microscopy, a state of-the-art scanning probe microscopy technique. The direct comparison of properties on multiple length scales affords deep insight into the fundamental mechanisms responsible for the enhanced electromechanical behavior of the investigated material systems. Novel, advanced data analysis methods are introduced, aiming at a quantitative description of the complex domain microstructures witnessed in the materials in question. Moreover, a distinction of local polarization switching character is sought
Analyse genetischer Läsionen im Hodgkin-Lymphom und einem Kombinationslymphom sowie Charakterisierung humaner CD30-positiver B-Zellen
No full textDie vorliegende Dissertation stellt drei Studien vor, die Teilbereiche umfassender Projekte sind, die zusammen mit verschiedenen Kooperationspartnern durchgeführt wurden.
Im ersten Teilprojekt der Arbeit wurden Mutationsanalysen von CD58 im klassischen Hodgkin Lymphom (cHL) durchgeführt, da Mutationen im CD58-Gen als Mechanismus der Immunevasion in Non-Hodgkin Lymphomen (NHL) beschrieben wurden und Immunevasion auch eine wichtige Bedeutung für die Hodgkin und Reed-Sternberg (HRS)-Zellen des cHL hat. Mittels PCR wurden in 3 von 7 cHL-Zelllinien Mutationen, die in vorherigen Arbeiten identifiziert worden sind, bestätigt. Anschließende durchflusszytometrischen Analysen zeigten deren destruktive Auswirkung auf die Proteinexpression von CD58 in den mutierten cHL Zelllinien. Um zu Überprüfen ob sich Mutationen des CD58-Gens auch in primären cHL Fällen finden lassen, wurde eine Mutationsanalyse von mikrodissektierten HRS-Zellen für die kodierenden Exons von CD58 durchgeführt. Die Auswertung der Sequenzen zeigte allerdings, dass in keinem der 10 analysierten primären cHL-Fälle Mutationen nachweisbar waren.
In einem weiteren Teilprojekt wurden die mikrodissektierten Tumorzellen eines Kombinationslymphoms bestehend aus einem cHL und Mantelzell-Lymphom (MCL) genetisch untersucht. Kombinationslymphome sind sehr seltene Kombinationen aus einem HL und NHL oder zwei NHL in einem Patienten, die meistens klonal miteinander verwandt sind. Somit stellen sie interessante Modelle dar, um Gemeinsamkeiten und Unterschiede der beteiligten Lymphome zu untersuchen und Einblicke in die Mehrschrittpathogenese der Lymphomentstehung zu erhalten. Durch IgV-Genanalysen der HRS-Zellen des cHL und der Tumorzellen des MCL konnte die klonale Verwandtschaft der beiden Lymphome dieses Kombinationslymphoms gezeigt werden. Um die Pathogenese des Kombinationslymphoms besser zu verstehen, wurden Mutationsanalysen für häufig mutierte Gene im cHL und MCL, d.h. TNFAIP3, NFKBIA, SOCS1, NOTCH1 und TP53, durchgeführt. Dabei waren jedoch bis auf TP53 alle Gene unmutiert. Die Tumorzellen beider Lymphome wiesen dieselbe Punktmutation in TP53 auf, wobei die MCL-Zellen nur ein mutiertes Allel und die HRS-Zellen zusätzlich ein unmutiertes Allel zeigten. Zusammen mit den FICTION Analysen unserer Kooperationspartner deutet dies darauf hin, dass in beiden Lymphomen zusätzlich eine unabhängige Deletion eines TP53-Allels stattgefunden haben muss. Zusammenfassend lassen die hohe genetische Verwandtschaft der beiden Lymphome und weitere Daten von Kooperationspartner eine subklonale Entstehung des cHL aus dem MCL als ein mögliches Szenario zur Entwicklung dieses Kombinationslymphoms vermuten.
Im dritten Teilprojekt dieser Arbeit wurden die humanen CD30+ B-Zellen, die innerhalb von Keimzentren (GC) und in extrafollikulären Regionen von sekundären lymphatischen Organen lokalisiert sind und über die bisher sehr wenig bekannt ist, charakterisiert. Zur Verfügung gestellte Genexpressionsdaten zeigten, dass die CD30+ B-Zellen eine eigenständige B Zellpopulation darstellen, die eine große Ähnlichkeit zu den ebenfalls CD30+ HRS-Zellen des cHLs aufweisen. Kennzeichnend für alle CD30+ Zellen war eine starke MYC Ausprägung, die mittels qRT-PCR und Western Blot-Analysen validiert werden konnte. Zusätzliche durchflusszytometrische Untersuchungen und IgV-Genanalysen in Kombination mit den Genexpressionsdaten zeigten, dass CD30+ GC-B-Zellen normalen GC-B-Zellen entsprechen und vermutlich rezirkulierende positiv selektionierte GC-B-Zellen darstellen. Im Gegensatz dazu stellen die CD30+ Nicht-GC-B-Zellen aktivierte und proliferierende extrafollikuläre Zellen dar, die größtenteils GC-erfahren sind und sich möglicherweise zu Plasmazellen weiterentwickeln.This thesis presents three studies, which are parts of more comprehensive projects, which were carried out together with various co-operation partners.
Mutations in the CD58 gene have been described as a new mechanism of immune evasion in non-Hodgkin lymphomas (NHL). As immune evasion has also an important role for the Hodgkin and Reed-Sternberg (HRS) cells of classical Hodgkin Lymphoma (cHL) a mutation analysis for CD58 was performed for cHL in the first subproject of this thesis. Initially, mutations, which had been identified in previous studies in 3 of 7 cHL cell lines, were confirmed by PCR analysis. Subsequent flow cytometry analysis showed their destructive effect on the protein expression of CD58 in the mutant cHL cell lines. To check whether mutations of the CD58 gene can also be found in primary cHL cases, a mutation analysis of microdissected HRS cells for all coding exons of CD58 was performed. However, no mutations were detected in any of the 10 analysed primary cHL cases.
In another subproject, the microdissected tumour cells of a composite lymphoma consisting of cHL and a mantle cell lymphoma (MCL) were genetically analysed. Composite lymphomas are very rare combinations of a Hodgkin Lymphoma and NHL or two NHLs in one patient, which are usually clonally related to each other. They therefore represent interesting models to examine similarities and differences of the involved lymphomas and additionally to gain insights into the multistep transformation process of lymphomagenesis. IgV gene analysis of HRS and MCL cells demonstrated their clonal relationship. To get further insight into the pathogenesis of this composite lymphoma, mutation analyses for genes frequently mutated in cHL and MCL were performed, i.e. TNFAIP3, NFKBIA, SOCS1, NOTCH1 and TP53. However, all but TP53 were unmutated. HRS and MCL cells showed an identical point mutation in TP53, although MCL cells showed only a mutated allele and HRS cells showed an additional unmutated allele of TP53. In combination with the results of the FICTION analysis performed by our co-operation partners these results indicate that in addition a deletion of a TP53 allele occurred independently from one another in both lymphomas. In summary, the close genetic relationship of the two lymphomas together with additional data from our co-operation partners suggest a subclonal evolution of the cHL from the MCL as a possible scenario for the generation of this particular composite lymphoma.
In the third part of this thesis the rare human CD30+ B cells were characterized. CD30+ B cells are localized within GCs and in extrafollicular regions of secondary lymphoid organs. Till now very little is known about them. Provided Gene expression data showed that the CD30+ B cells represent a distinct B cell subset, which has a great similarity to the CD30+ HRS cells of cHL. A main common feature of these CD30+ B cells is a strong MYC signature that could be validated by qRT-PCR and Western blot analyses. Additional flow cytometric and IgV gene analysis in combination with the gene expression data showed that CD30+ GC B cells are similar to normal GC B cells and probably represent the recirculating positive selected GC B cells. In contrast, the CD30+ non-GC B cells represent activated and proliferating extrafollicular B cells that are mostly GC experienced and possibly differentiating into plasma cells
Holistic approach for dimensioning and optimization of extrusion dies
No full textAusgangspunkt dieser Arbeit ist der Bedarf, den momentanen Stand der Technik bei der Dimensionierung von Extrusionswerkzeugen um automatisierte Ansätze zu erweitern. Der Werkzeuggeometrie kommt im Extrusionsprozess eine wesentliche Aufgabe zu. Die vom Extruder bereitgestellte Kunststoffschmelze durchströmt die Fließkanäle im Inneren des Werkzeuges und erfährt hierbei eine Umformung hin zum Austrittsquerschnitt. Es besteht eine maßgebliche Beeinflussung der Qualität des Endproduktes durch die Strömungsvorgänge im Extrusionswerkzeug. Die Dimensionierung der Fließkanalgeometrie ist abhängig von einer Vielzahl von Anforderungen und zeigt eine signifikante Abhängigkeit von den spezifischen rheologischen Eigenschaften der Kunststoffschmelze. Vor diesem Hintergrund wird ein ganzheitlicher Ansatz zur automatisierten Auslegung von Extrusionswerkzeugen geschaffen. Kerngedanke stellt die Kopplung eindimensionaler, analytischer Berechnungsansätze zur Vordimensionierung der Werkzeuggeometrie mit einer dreidimensionalen iterativ arbeitenden numerischen Simulation dar. Am Beispiel von Wendelverteilern für die Produktion von Halbzeugen wie Rohren, Schläuchen oder Blasfolien wird der vom Grundprinzip her allgemeingültige Ansatz konkretisiert und erprobt.
Der ganzheitliche Auslegungsansatz sieht vor, sämtliche Prozessschritte der Auslegung und unterschiedliche Komponenten der Werkzeugbaugruppe zu berücksichtigen. Grundlage ist die konsequente Verwendung von dreidimensionalen, parametrischen Geometriemodellen, welche bereits konstruktive Restriktionen und fertigungstechnische Aspekte berücksichtigen. Im Rahmen der Vordimensionierung finden eindimensionale, analytische Berechnungsansätze Anwendung. Aus vorgegebenen Zustandsgrößen und Materialeigenschaften wird die Geometrie einfacher Strömungskanäle direkt berechnet. Für die Bestimmung initialer Geometrien von Wendelverteilern wird ein verkettetes Berechnungsmodell, bestehend aus eindimensionalen, analytischen Ansätzen, verwendet. Dieses wird mit den Methoden der Netzwerktheorie gelöst. Als Vorgabe dienen wiederum definierte Zustandsgrößen und grundlegende Geometrieparameter, sodass eine direkte Berechnung des Wendeltiefen- und Spaltweitenverlaufes möglich ist. Ferner resultiert aus der Vordimensionierung eine prozentuale Bandbreite, innerhalb derer Freiheitsgrade in einer nachfolgenden automatisierten Optimierung anzupassen sind.
Ausgehend von der mittels Vordimensionierung berechneten initialen Geometrie sowie der Bandbreite zur Variation der Freiheitsgrade folgt eine automatisierte Optimierung. Ein dreidimensionales parametrisches Werkzeugmodell, welches bereits geometrische und fertigungstechnische Restriktionen berücksichtigt, dient als Basis der Diskretisierung. Die Strömungssimulationen werden unter Berücksichtigung vorab definierter Randbedingungen durchgeführt und die Ergebnisse in Form skalarer Qualitätskriterien ausgewertet. Diese Kriterien werden zuvor mittels der Analyse grundlegender Anforderungen an Extrusionswerkzeuge hergeleitet und anhand von vergleichenden Berechnungen validiert. Eine zusätzliche Vorgabe von Ausschlusskriterien sichert die Über- und Unterschreitung kritischer Zustandsgrößen ab. Anhand eines multikriteriellen genetischen Optimierungsalgorithmus wird eine möglichst optimale Werkzeuggeometrie identifiziert. Hierzu werden die Geometrieparameter des Werkzeugmodells mit dem Ziel angepasst, möglichst geringe Werte der Qualitätskriterien zu erreichen und gleichzeitig die Ausschlusskriterien nicht zu über- bzw. unterschreiten.
Eine nachfolgende Detailoptimierung und virtuelle Erprobung, welche auf dreidimensionalen numerischen Strömungssimulationen der gesamten Werkzeugbaugruppe beruht, schafft die Möglichkeit Geometriedetails manuell zu modifizieren, um beispielsweise die prinzipielle Strömungsführung lokalen Modifikationen zu unterziehen. Beispielhaft wird diese Vorgehensweise angewandt, um Stagnationszonen innerhalb der Werkzeuggeometrie gezielt zu identifizieren und betroffene Geometriebereiche einer Detailoptimierung zu unterziehen. Anhand der Verknüpfung von Verweilzeitverteilungen am Auslass der Werkzeuge, der Fließhistorie entlang von Stromlinien und der Länge spezifischer Strömungspfade werden optimierungsbedürftige Geometriebereiche identifiziert. Eine Validierung dieser Optimierungsmethode erfolgt mittels Versuchsreihen an einer Blasfolienextrusionsanlage. Anhand von Produktwechselversuchen wird nachgewiesen, dass unter Verwendung einer optimierten Werkzeuggeometrie eine signifikante Reduzierung von Wechselzeiten bzw. -massen im Vergleich zu einem Referenzwerkzeug erzielt wird. Die virtuelle Erprobung, welche den Optimierungsprozessen nachgeschaltet ist, ermöglicht die Analyse von Betriebspunkvariationen am virtuellen Werkzeugmodell. Im Rahmen dieser Untersuchungen werden temperaturabhängige Effekte berücksichtigt, welche auf die dissipative Erwärmung in der Polymerschmelze und die Wärmeleitung in den Bauteilen der Werkzeugbaugruppe zurückzuführen sind. Insbesondere zeigen sich Auswirkungen durch die Steigerung des Massedurchsatzes und die Variation von Polymeren unterschiedlicher Fließeigenschaften auf die maximalen und mittleren Schmelzetemperaturen. Es besteht somit die Möglichkeit, das Prozessfenster, in dem eine Werkzeugbaugruppe einzusetzen ist, zu definieren. Hierbei wird deutlich, dass der Wärmeübergang zwischen der Kunststoffschmelze und den Komponenten der Baugruppe einen wesentlichen Einfluss auf die Temperaturverteilung innerhalb der Schmelze hat. Weiterhin wird ersichtlich, dass die definierten Qualitäts- und Aus-schlusskriterien auch unter Berücksichtigung temperaturabhängiger Effekte erfüllt werden.
Es wird nachgewiesen, dass der ausgearbeitete Ansatz im Vergleich zu anderen Arbeiten in einer signifikanten Reduzierung der Berechnungszeit bzw. Iterationsanzahl mündet. Gleichzeitig ist es gelungen, die Anzahl der geometrischen Freiheitsgrade zu steigern und somit die Ergebnisqualität zu erhöhen. Die theoretischen Berechnungen werden durch praktische Versuchsreihen an real gefertigten Werkzeugen validiert. Die Erweiterung der Simulationen um temperaturabhängige Effekte bestätigt die definierten Qualitätskriterien für die isotherme Dimensionierung und zeigt Potentiale auf, bestehende Werkzeugkonzepte um Möglichkeiten der Wärmeabfuhr zu erweitern.Background of this thesis is the need to extend the state of the art for the dimensioning of extrusion dies by automated approaches. For the extrusion and production process of semi-finished products, the die geometry has a significant influence on the polymer processing. In this context, the die is used in an extrusion process to form a semifinished product. Therefore, an extruder supplies the die with molten thermoplastic material. The resulting product quality is significantly influenced by the flow phenomena in the extrusion die. Here, the dimensioning of the flow channel geometry is dependent on many requirements and significantly on the rheological properties of the polymer melt. Linked to these facts, a holistic approach for the automated optimization of extrusion dies has been developed. The main idea is the coupling of an one-dimensional analytical calculation approach for the predimensioning of die geometries with a threedimensional iteratively working numerical simulation. The general approach is formulated universally and is specified and tested exemplarily for spiral mandrel dies extruding for example plastic pipes, tubes and blown films.
The created holistic approach takes into account all relevant steps of the dimensioning process and considers different parts of the die assembly. The fundament is the consequent usage of threedimensional parametric geometry models. These models include geometric restrictions and manufacturing knowledge. For the predimensioning, onedimensional analytical calculation models are used. After predefining the state variables and the material properties, the geometry of the basic flow channels is calculated. The calculation of an initial geometry of a spiral mandrel die is based on solving a network of coupled onedimensional analytical equations. Therefore, state variables and basic geometrical dimensions have to be defined to directly calculate an initial spiral depth and gap width. In addition, a percentage bandwidth is derived within a coupled optimization algorithm is able to change geometry parameters (spiral depth and gap width).
Based on the geometry parameters and the bandwidth calculated using the predimensioning, an automatic optimization takes place. Therefore, threedimensional numerical flow simulations are used. Basis for the discretization is a threedimensional parametric CAD model of the die including geometrical and manufacturing restrictions. A multiple criteria genetic optimization algorithm is coupled with a threedimensional numerical flow simulation to optimize the die geometry by using defined quality and exclusion criteria calculating new parameter sets to change the geometry. Based on the analysis of general requirements of extrusion dies, these quality and exclusion criteria are defined and validated by comparative simulations.
A manual detail optimization and virtual testing of the resulting die geometry follow this process. In this way, the whole extrusion die assembly is considered and interactions between different die regions are taken into account. Therefore, the possibility is given to change local areas of the flow channels. Exemplary the approach is used to optimize geometry regions with low wall shear stresses and flow velocities in the feed region of a spiral mandrel die. By analyzing the flow history along specific path lines, regions in the feeding section of the die are identified and associated geometry elements are changed. The optimization method is validated by practical experiments extruding blown film with an optimized and a reference spiral mandrel die. By studying productchanging processes, using spectral photometry, the amount of purging material is measured. The result is a significantly reduced amount of purging material for the optimized die geometry – and linked to that a significant reduction of residence time differences at the outlet of the die – compared to the reference die. In addition, a possibility is given to analyze different process conditions based on the simulation model of the complete die assembly by the usage of the virtual testing approach. The influence of material properties, mass flow rate and dissipative heating has been studied. Therefore, the process window within the die assembly could be used (range of materials with different rheological properties, range of mass flow rates) is defined. It has been found out that the heat transfer between polymer melt and the steel parts of the die assembly has a significant influence on the temperature distribution.
An essential decrease of calculation times and iteration numbers of the developed automated optimization approach is proven comparing to other theses. Parallel to that, an increase of the geometrical degrees of freedom is reached. The numerical simulations are validated by analyzing the results of practical experiments using manufactured die prototypes extruding blown film. Furthermore, the defined quality criteria are confirmed by temperature dependent simulations. It was figured out that the used criteria for the automated isothermal based optimization process also lead to an equal dissipative warming of the polymer melt during distribution in the die. Finally, the capability to implement a heat discharge for increasing mass flow rates was shown
On the photophoretic force exerted on mm- and sub-mm-sized particles
No full textZwei durch direkte Beleuchtung hervorgerufene Kräfte wirken auf von Gas umgebenen Teilchen: Strahlungsdruck und Photophorese, Letzteres herrührend von Wechselwirkungen zwischen Gas und Partikeloberfläche. Photophorese führt zu Impulsübertrag zwischen Gas und Teilchen, da im Allgemeinen Gasteilchen, die von der Teilchenoberfläche kurzzeitig adsorbiert wurden, diese mit einer Geschwindigkeit verlassen, die mit der
Oberflächentemperatur oder der Akkommodation korreliert. Sie ist auch ein Kandidat um Teilchentransport in optisch dünnen Bereichen protoplanetarer Scheiben, besonders am inneren Rand oder der optischen Obefläche zu erklären. Um jenen Transport zu modellieren und die sich daraus ergebenen Effekte detailliert zu verstehen, ist es notwendig, die photophoretische Kraft für verschiedene Partikelklassen zu quantifizieren.
In der vorliegenden Arbeit wird die Photophorese auf Kugeln und realistische, näherungsweise sphärischen Objekte untersucht, insbesondere in Druckbereichen, in denen die mittlere freie Weglänge der Gasteilchen größer als die charakteristische Länge des Partikels ist. Dabei werden zwei neue und ziemlich genaue Näherungen für longitudinale
Photophorese auf Kugeln gezeigt. Eine der Näherungen ist temperaturunterschiedsbasierend, die andere hängt von den Eingangsparametern Bestrahlungsintensität, Radius und Wärmeleitfähigkeit ab, wobei auch thermische Abstrahlung nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz berücksichtigt wird, um Oberflächentemperaturen, die die des Gases
übersteigen, ebenso einfließen zu lassen. Für die nicht-sphärischen Teilchen homogener Zusammensetzung, die untersucht wurden, fand sich eine nahezu perfekte Übereinstimmung des mittleren Kraftbetrags|gemittelt über einhundert gleichmäßig verteilte Eintrahlungsrichtungen mit derjenigen Kraft, die auf eine Kugel gleichen Volumens wirken würde,
blieben alle weiteren Parameter gleich. Eine auf die photophoretische Kraft bezogene effektive Wärmeleitfähigkeit wurde ebenso eingeführt. Beide Größen, das Volumen, ausgedrückt durch einen Radius, und die effektive Wärmeleitfähigkeit ermöglichen die Berechnung des Mittelwertes der photophoretischen Kraft auf ein Teilchen mit sternförmigem Gebiet mithilfe derselben Näherungen, die für Kugeln Gültigkeit besitzen. Alle neuen
Erkenntnisse werden auf die Ergebnisse von Fallturmexperimenten bezogen und mögliche Transport- und Größensortierungsszenarios werde kurz erklärt anhand des minimum mass solar nebula.Two major forces caused by directed illumination act on a particle suspended in a gas: radiation pressure and photophoresis, the latter arising from interaction of gas atoms/molecules with the particle surface. Photophoresis leads to momentum transfer as for the general case the gas atoms/molecules leave the surface at a speed, that correlates with the
temperature and gas accommodation differences across this surface. It is also a candidate to transport particles in basically optically thin parts of protoplanetary disks, especially at the inner edge and at the optical surface. To model the transport and resulting effects in detail it is necessary to quantify the photophoretic strength for different particle classes
as a fundamental input.
In this work photophoresis exerted on perfectly spherical particles and those with star-convex domain is investigated, essentially in pressure domains where the mean free path of the gas atoms/molecules is larger than the characteristic length of the suspended particle. Two new high-quality approximations with unprecedented accuracy, valid for
longitudinal photophoresis on spheres resulting from directed illumination are introduced, one temperature-difference-based, the other based on the parameters light flux, radius, and thermal conductivity, as well as thermal radiation along the Stefan-Boltzmann law to account for the case that the sphere's temperature considerably exceeds the gas temperature.
For the homogeneous non-spherical particles investigated, an almost perfect
equality of the mean absolute force | averaged over 100 equally distributed directions of illumination | with the force acting on a sphere with the same volume but all other parameters kept constant is found and discussed. An effective thermal conductivity in terms of the phothophoretic strength is also introduced. Both variables, the radius of a volume-equivalent sphere and the effective thermal conductivity, enable to describe the mean value of the total photophoretic force exerted on star-convex particles with the same approximations derived for spheres. The new findings are compared and applied to the results of drop tower experiments and possible transport and size-sorting scenarios are briefly discussed for the minimum mass solar nebula
Electron phonon coupling and momentrum resolved electronic properties of the Pb/Si(111) hybrid system
No full textDie immer stärker werdende Miniaturisierung elektronischer Bauteile bringt die dafür nötigen Größenordnungen immer näher an das Limit quantenmechanischer Effekte. Die räumliche Einschränkung der elektronischen Wellenfunktion im nm Bereich führt dazu, dass sich Quantenpotenzial Zustände (QPZ) bilden, welche dafür verantwortlich sind, dass die physikalischen Eigenschaften z.B. einer dünnen Schicht von dessen Schichtdicke abhängen. Dabei spielen nicht nur die Eigenschaften der verkleinerten Materialien, sondern auch der Einfluss der Umgebung auf diese Eigenschaften eine wichtige Rolle.
Diese Arbeit erforscht den Einfluss des Si Substrats auf die elektronische Struktur, Dynamik und die Wechselwirkung der Elektronen mit Phononen in dünnen epitaktischen Pb Schichten. Mittels eines Vergleichs von experimentellen Ergebnissen aus Femtosekunden zeit- und impulsaufgelöster Laser Photoemissionsspektroskopie an Pb/Si(111) und Berechnungen im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie für freistehende Pb Filme wird in Richtung Γ → M in der Nähe des Brillouin-Zonenzentrums die Wechselwirkung von Pb 6pz Zuständen mit dem Si Substrat und dem Atomgitter untersucht. Die Energieabhängigkeit unbesetzter QPZ mit der elektronischen Wellenzahl parallel zur Oberfläche k|| wurde bei verschiedenen Energien, entartet und nicht-entartet mit dem Si Leitungsband, gemessen und zeigt keine direkte Beeinflussung durch die Si Volumenbänder. Daraus wird eine verschwindende direkte Wechselwirkung der Pb 6pz Zustände mit den Si Bändern gefolgert. Allerdings ist der Wert von k||, bei dem eine Mischung von 6pz und 6px,y abgeleiteten Bändern auftritt näher an Γ als bei freistehenden Filmen. Die Analyse der Relaxationsdynamik zeigt zudem eine konstante Relaxationszeit heißer Elektronen in unbesetzten QPZ mit k||. Diese Ergebnisse legen nahe, dass aus 6pz Orbitalen abgeleitete QPZ nicht mit den elektronischen Substratzuständen wechselwirken, sondern eine px,y vermittelte Wechselwirkung der pz Zustände mit dem Si Leitungsband vorliegt. Die Identifikation eines Grenzflächenzustandes verdeutlicht zudem die Bedeutung der Verzahnung zwischen Pb und Si an der Grenzfläche.
Weiterhin wurde die energieabhängige Elektron-Phonon Kopplungskonstante λ(E) von Pb/Si(111) mittels temperaturabhängiger Laser Photoemission an QPZ innerhalb der Bandlücke untersucht und mit Berechnungen im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie von Pb Filmen verglichen. Es zeigt sich eine Reduktion von λ im Vergleich zum Pb Volumenkristall, die nicht allein durch Größeneffekte oder strukturelle Modifikationen in der Pb Schicht erklärt werden kann. Vielmehr wird die Reduktion durch den Einfluss des Substrats auf die elektronische und vibronische Struktur von Pb verursacht.
Aus all diesen Ergebnissen kann gefolgert werden, dass Pb/Si(111) nur unter Einbeziehung des Substrats und der Struktur der Grenzfläche vollständig verstanden werden kann.The constant drive to miniaturization of electronic devices forces the manufactured sizes into dimensions of quantum mechanical effects. The spacial confinement of the electron wave function in the region of nm leads to the formation of quantum well states (QPZ) which are responsible for the dependence of the physical properties on e.g. the thickness of a small film. Not only the properties of confined materials, but also the influence of the surroundings on these properties are playing a crucial role.
This work investigates the influence of a Si substrate on the electronic structure, dynamic and the interaction of the electrons with phonons in a thin epitaxial Pb film. By means of a comparison between experimental results obtained by femtosecond time and momentum resolved laser photoemission spectroscopy on Pb/Si(111) and density functional theory calculations for freestanding Pb films in Γ → M direction near the brillouin zone center the interaction of the Pb 6pz states with the Si substrate and the atomic lattice is studied. The energy dependence of unoccupied QPZ on the electronic wave number parallel to the surface k||, degenerate and nondegenerate with the Si band gap, was measured and shows no direct influence from the Si bulk bands. Hence a vanishing direct interaction of the Pb 6pz states with the Si bands can be deduced. However, the momentum range at which a mixing of 6pz and 6px,y derived bands is found is closer to Γ compared to freestanding films. Additionally, the analysis of the relaxation dynamics shows a constant relaxation time of hot electrons in unoccupied QPZ with respect to k||. These results indicate, that QPZ which are derived from 6pz orbitals do not interact with the electronic substrate states, but that a px,y mediated interaction of the pz states with the Si conduction band can be concluded. Moreover, the identification of an interface state point out the importance of the toothing between Pb and Si at the interface. Furthermore, the energy dependent electron phonon coupling constant λ(E) of Pb/Si(111) was investigated via temperature dependent laser photoemission from QPZ degenerate with the band gap and compared to density fundtional theory calculations of Pb films. In comparison to Pb bulk, a reduction of λ is found which can not be explained by size effects of structural modifications in the Pb layer. In fact the reduction is caused by the influence of the substrate on the electronic and vibronic structure of Pb.
From all these results it can be concluded, that Pb/Si(111) can be fully understood only by taking into account the substrate and the structure of the interface
Neue Inhibitoren für die Protease Taspase1
No full textAbstract
The threonine protease Taspase1 is of high interest as new target for cancer therapeutics, due to its implication in leukemias and solid tumors. Although Taspase is not an oncogene itself, it is crucially required for the proteolytic activation of the MLL oncogene as well as MLL fusion
proteins generated by chromosomal translocations. Hence, MLL‐dependent cells can successfully be targeted by inhibition of Taspase activity. However, Taspase is insensitive to inhibition by
general serine, cysteine or metalloprotease inhibitors. Furthermore, the limited number of available Taspase inhibitors display either low inhibitory potential or broad bioactivity. Thus, novel Taspase inhibitors are still urgently required.
In a first step, detailed characterization revealed for the first time that recombinant Taspase and protein overexpressed in eukaryotic cells are comparable with respect to their catalytic parameters.
Moreover, the specific catalytic activity (0.03 U/mg) was determined, as well as a 20‐fold higher efficiency regarding cleavage of the CS2 cleavage site of MLL over CS1. Regarding stability,
Taspase rapidly loses its catalytic activity (half‐life < 3 h), unless it is stabilized by high concentrations of NaCl (≥ 450 mM). Additionally, the autocatalytic processing event required for catalytic competence was found to occur on a time scale of 2‐3 days. The flexible loop region
between glycine 178 and aspartate 233 generated by this activation event is not resolved in the crystal structure. Hence, NMR and CD spectroscopy were applied and the results suggest a helixturn‐helix structure. Furthermore, analytical gel filtration pinpointed that Taspase is active as a
hetero‐tetramer in solution. With these data, a fluorogenic in vitro assay was optimized for initial inhibitor tests.
While the controversially discussed bisarsonic inhibitor NSC48300 and compounds derived from virtual docking exhibited no inhibitory effect, both silica nanoparticles and succinimide peptides were discovered as novel Taspase inhibitors. In fact, silica nanoparticles are known to bind
proteins, albeit nanoparticle‐mediated inhibition of enzyme activity is scarcely described.
Surprisingly, IC50 values in the nanomolar and picomolar range indicate high affinity binding, which was observed in vitro and in cells. In addition, comparison of nanoparticles with different diameters (8‐125 nm) suggests a positive correlation of size and affinity. Subsequent analyses
characterized the inhibition type as noncompetitive and pinpointed that Taspase does not change its structure upon binding. Importantly, inhibition by nanoparticles is no general feature, as three
other enzymes (lactate dehydrogenase, chymotrypsin, and proteinase K) showed no or only weak inhibition by silica nanoparticles.
Another approach for Taspase inhibition exploited the cleavage sequence and the proposed mechanism to design substrate analog peptides with a succinimide moiety at the cleavage site.
The most promising compound exhibited a Ki value of 400 ± 88 nM and displays thus a tenfold better inhibitory potential than the best reported Taspase inhibitor. Moreover, the competitive
inhibition type and the resistance against Taspase cleavage were verified. However, degradation by other proteases and/or limited cellular uptake as well as competition with chloride ions prevents the in vivo inhibition of Taspase.
Altogether, these findings demonstrate the potential of silica nanoparticles as well as succinimide peptides as Taspase inhibitors and tools for subsequent studies.Abstract
Die Threonin‐Protease Taspase1 stellt aufgrund ihrer Beteiligung an Leukämien und soliden Tumoren einen wichtigen neuen Ansatzpunkt für Krebsmedikamente dar. Obwohl Taspase selbst
Onkogen ist, ist sie unabdingbar für die proteolytische Aktivierung des Onkogens MLL und der durch Translokationen entstandenen MLL‐Fusionsproteine. Deshalb reagieren MLLabhängige
Zellen besonders sensitiv auf Taspase‐Inhibition. Allerdings sind sämtliche allgemeinen Serin‐, Cystein‐ und Metalloprotease‐Inhibitoren unwirksam gegen Taspase, und auch die wenigen verfügbaren Taspase‐Inhibitoren besitzen entweder nur geringes Inhibitorpotential
oder ein breites Wirkspektrum. Daher sind neue Taspase‐Inhibitoren nach wie vor von hoherRelevanz.
Ein Vergleich rekombinanter Taspase mit in eukaryotischen Zellen überexprimiertem Protein zeigte eine vergleichbare spezifische katalytische Aktivität (0.03 U/mg). Weiterhin konnte eine
20‐fach höhere Effizienz hinsichtlich der Spaltung der CS2‐Schnittstelle von MLL gegenüber der CS1‐Schnittstelle festgestellt werden. Bei Betrachtung der Proteinstabilität fiel auf, dass Taspase
sehr schnell an Aktivität verliert (Halbwertszeit < 3 h), sofern das Protein nicht durch hohe Salzkonzentrationen (≥ 450 mM NaCl) stabilisiert wird. Zudem wurde für die autokatalytische Prozessierung des Proenzyms, welche wichtig zur Erlangung katalytischer Kompetenz ist, eine
Zeitspanne von 2‐3 Tagen ermittelt. Der dabei entstehende flexible Bereich zwischen Glycin 178 und Aspartat 233 ist in der Kristallstruktur ungeordnet, konnte aber dank NMR‐ und CDSpektroskopie
als potentielles Helix‐Turn‐Helix‐Motiv identifiziert werden. Des Weiteren
belegten analytische Gelfiltrationen die Aktivität von Taspase als Hetero‐Tetramer. Mithilfe dieser Informationen wurde ein in vitro Assay optimiert und für Inhibitortests verwendet.
Während der kontrovers diskutierte Inhibitor NSC48300 und die mittels virtuellen Dockings ermittelten Substanzen keine Inhibition zeigten, konnten Silikatnanopartikel und Succinimid‐Peptide als neue Taspase‐Inhibitoren identifiziert werden. Obwohl Proteinbindung an
Nanopartikel bekannt ist, ist eine durch diese vermittelte Enzyminhibition kaum beschrieben.
Umso überraschender sind die IC50‐Werte im nano‐ und picomolaren Bereich, die sowohl in vitro als auch in Zellen beobachtet wurden. Weiterhin konnte mit verschiedenen Nanopartikelgrößen
eine positive Korrelation von Durchmesser und Affinität belegt werden. Weitere Analysen ergaben eine nichtkompetitive Inhibition und keine Strukturänderung bei Bindung.
Bemerkenswerterweise stellt Enzyminhibition keine generelle Eigenschaft von Nanopartikeln dar, da drei Kontrollenzyme (Lactatdehydrogenase, Chymotrypsin und Proteinase K) kaum durch Nanopartikel inhibiert wurden.
In einem anderen Ansatz wurde die Taspase‐Schnittsequenz und der vermutete Mechanismus für das Design peptidischer Substratanaloga mit Succinimid‐Motiv an der Schnittstelle genutzt. Die beste Verbindung zeigte einen Ki‐Wert von 400 ± 88 nM und ist damit ein zehnfach besserer
Hemmstoff als der beste zuvor beschriebene Taspase‐Inhibitor. Des Weiteren konnte die kompetitive Hemmung und die Stabilität gegenüber Abbau durch Taspase gezeigt werden.
Allerdings verhindern schlechte Zellaufnahme und/oder Abbau durch andere Proteasen sowie Kompetition mit Chlorid‐Ionen eine Inhibition in vivo.
Insgesamt belegen diese Ergebnisse das Potential von Silikatnanopartikel sowie Succinimid‐Peptiden als Taspase‐Inhibitoren und Werkzeuge für nachfolgende Studien
Korrelator für Strategien für eine ökologisch anpassungsfähige städtebauliche und architektonische Entwicklung
No full text40 years after “The limits to growth” the post oil boom economy affects countries in resource scarce environments like the Arabian Peninsula in the Middle East with expanding urbanization.
Those cities and architectures are based on fossil fuel driven technologies to control the surrounding arid hot climate for the benefits of human comfort. As a result skyscrapers are flourishing out of desert sands. Their ecological footprint in terms of resource consumption and the resulting emissions
is nearly six planet earths, but celebrated by imported quantitative evaluation methods from
North America or Europe with platinum medals for sustainable building practices. This dichotomy displays the global quest for ‘sustainable’ development on the one hand side and the lack of integrating
the inherent bio-climatic, socio-cultural and political-economical prerequisites of those newly developing countries on the other. Whereas traditional desert oases settlements have been as self-sufficient and self-organising systems perfectly interconnected with all prevalent natural resources and cultural conditions inherent to the region. Such integral understanding draws on the logic of the immanent relations of the natural, human and built environment or in other words on ecology.
An ecological understanding is used in this work to determine the qualitative relationships of urban and architectural (built) environments in conjunction to prevalent natural (ecosphere) and human (anthroposhere) conditions. On the assumption that the built environment acts as levelling layer
between the human and the natural environment in order to compensate bio-climate conditions for the comfort of social-cultural context desires, the main research question raises as such: How can cities and architectures become support systems (rather than energy and resource consumers)
that have the properties to co-evolve as cooperative sub-systems with the surrounding natural and human preconditions under the rules of ecology in general? And in particular: How can the concept
of a traditional self-sustaining desert oasis provide future strategies for sustainable development of cities and architecture?
Rules of ecological systems are understood here as instruments to an appropriate urban planning that follows the principles of higher adaptability and self-organization patterns to generate conditions.
System theories are consulted to determine principles and strategies of complex viable systems of nature. These then form the matrix for analysis of case studies on urbanization patterns of
pre-and post-oil era in the Sultanate of Oman on the Arabian Peninsula and are used to extrapolate potentials and missing links within urban systems through support strategies. Those results are further transferred into a general model of interconnections (Correlator) of components of urbanism,
architecture and technologies in conjunction to the natural and human environment. The resulting model provides a correlation matrix that orders elements and flows from the natural to the built environment via considering principles of human systems and strategies of ecological
systems. It proposes a template of possible elements and strategies for interconnection, which determine the quality of adaptable, viable and thus ‘sustainable’ urban environments. The Correlator shows possibilities and fields of action for the holistic thinking of architecture and urbanism as
support system and thus for the decision-making processes in planning, policy, and the design of the built environment.
Finally this work demonstrates strategies for ‘sustainable development’ where the correlation matrix and the knowledge of the quality of ecological network connections proposes an aide-memoir to de-specify the tunnel-visioned expertise of past innovations and prioritizes ‘Vernetztes Denken’
for newly meaningful concepts for a new planning culture that enable viable urban and architectural development, not only within desert regions.40 Jahre nach "Die Grenzen des Wachstums" ermöglicht die Post Ölboom Wirtschaft Ländern in ressourcen_knappen Umgebungen wie der arabischen Halbinsel im Nahen Osten eine steigende
Urbanisierung. Städte und Architekturen werden von fossilen Technologien gesteuert, um das aride heiße Klima für den menschlichen Komfort anzupassen. Als Ergebnis sprießen Wolkenkratzer aus dem Wüstensand. Deren ökologischer Fußabdruck in Bezug auf Ressourcenverbrauch und die
daraus resultierenden Emissionen von fast sechs Planeten Erde floriert, werden aber von importierten quantitative Bewertungsmethoden aus Nord Amerika oder Europa mit Platin-Medaillen für nachhaltiges Bauen Praxis gefeiert. Es wird deutlich, dass die globale Suche nach "nachhaltiger"
Entwicklung im Konflikt zu einer Integration von inhärenten bio-klimatischen und soziokulturelle Voraussetzungen dieser Entwicklungsländern steht. Städte materialisieren sich mittlerweile durch quantitative neo-liberale Wirtschaftsmotive, während traditionelle Wüstenoasen Siedlungen als
autark und selbstorganisierende Systeme perfekt mit allen gängigen natürlichen Ressourcen und kulturellen Bedingungen der Region verbunden waren. Ein solches ganzheitliches Verständnis stützt sich auf die Logik von immanenten Wechselbeziehungen natürlicher, menschlicher und gebauter
Umwelt oder mit anderen Worten auf Regeln der Ökologie.
Ein ökologisches Verständnis wird in dieser Arbeit verwendet, um qualitative Zusammenhänge städtebaulicher und architektonischer Umgebungen in Verbindung zu natürlich (Ökosphäre) und
menschlich (Anthroposphaere) herrschenden Bedingungen zu bringen. In der Annahme, dass die gebaute Umwelt als Ausgleichsschicht zwischen der menschlichen und der natürlichen Umwelt wirkt, um bio-klimatische Bedingungen dem Komfort im sozial-kulturellen Kontext zu kompensieren,
ergibt sich die zentrale Forschungsfrage: Wie können Städte und Architekturen unterstützende Systeme (eher als Energie und Ressourcen Verbraucher) werden, die als kooperative Teilsysteme mit den umgebenden natürlichen und menschlichen Voraussetzungen nach den Regeln
des Ökologie funktionieren? Und im speziellen: Wie kann das Konzept einer traditionellen selbsterhaltende Wüstenoase Zukunftsstrategien für eine nachhaltige Entwicklung der Städte und der Architektur liefern?
Regeln ökologischer Systeme werden hier als Instrumente verstanden, um eine angemessene Stadtplanung, die den Prinzipien der höheren Anpassungsfähigkeit und Selbstorganisation Muster folgt, zu erzeugen. Systemtheorien werden konsultiert, um Prinzipien und Strategien von komplexen lebensfähigen Systemen zu ermitteln. Diese bilden dann die Analysematrix für Fallstudien an Urbanisierungsmustern aus Pre- und Post Öl-Aera im Sultanat Oman auf der arabischen Halbinsel
und dienen dazu etwaige Potenziale und fehlende Verbindungen innerhalb urbaner Systeme und Support-Strategien zu extrapolieren. Diese Ergebnisse werden weiter transferiert in ein generelles Modell von Verbindungen (Correlator) der Komponenten von Stadt, Architektur und Technologien im Bezug auf ihre natürliche und menschliche Umwelt.
Das resultierende Korrelationsmodell bietet eine Matrix, die Elemente und Flüsse von der natürlichen zur gebauten Umwelt in Einklang mit Prinzipien menschlicher Systeme und Strategien ökologischer Systeme stellt. Als Schablone möglicher Stadt- und Architekturkomponenten und
Verbindungsstrategien, kann somit die Qualität hinlänglich ihrer Anpassungsfähigkeit, Lebensfähigkeit und somit "Nachhaltigkeit" eingestellt werden. Das Ergebnis zeigt Möglichkeiten und Handlungsfelder
für ein ganzheitliches Denken auf, Architektur und Städtebau als Support-System zu sehen, um Entscheidungsfindungsprozesse in Planung, Politik und der Gestaltung gebauter Umwelt zu unterstützen.
Der Korrelator und das Wissen um die Qualität ökologischer Netzwerkverbindungen ergibt somit eine Gedankenstütze für den Ansatz, Stadt, Mensch und Natur vernetzt zu denken, um sinnvolle
Konzepte für lebensfähige Städte und Architekturen in spezifischen bio-klimatischen und soziokulturellen Gegebenheiten über Wüstenregionen hinaus zu ermöglichen
Conceptual modeling of public services: A metaphor-oriented analysis
No full textGegenstand dieser Dissertation ist die konzeptuelle Modellierung öffentlicher Dienstleistungen. Konzeptuelle Modelle öffentlicher Dienstleistungen dienen zur Beschreibung der Anwendungsdomänen von Informationssystemen, die zur Erbringung der öffentlichen Dienstleistungen eingesetzt werden. Sie beschreiben die fachlichen Konzepte, die in der Domäne relevant sind und in den Informationssystemen implementiert werden. Deshalb nehmen die konzeptuellen Modelle im Entwicklungsprozess dieser Informationssysteme eine wichtige Rolle ein. Als sprachliche Ausdrücke spiegeln konzeptuelle Modelle zudem wider, wie der Modellierer die Anwendungsdomäne bewusst aber auch unbewusst konzeptuell erschließt.
Vor diesem Hintergrund wird im Rahmen dieser Dissertation die konzeptuelle Modellierung öffentlicher Dienstleistungen aus Sicht der sogenannten Theorie der konzeptuellen Metapher (conceptual metaphor theory) untersucht. Diese Theorie basiert auf der Grundannahme, dass es sich bei Metaphern nicht um Kombinationen von Wörtern aus unterschiedlichen Domänen handelt. Vielmehr sind (konzeptuelle) Metaphern als eine Abbildung von Konzepten einer Quelldomäne auf die Konzepte einer Zieldomäne zu verstehen. Konzeptuelle Metaphern sind folglich ein kognitiver Mechanismus, mittels dessen eine Zieldomäne, wie z. B. die der hier betrachteten Domäne der öffentlichen Dienstleistungen, konzeptuell erschlossen wird.
Ziel dieser Dissertation ist es, zu erarbeiten, mit welchen konzeptuellen Metaphern das Konzept der öffentlichen Dienstleistung konzeptuell erschlossen wird. Darüber hinaus soll gezeigt werden, wie die konzeptuellen Metaphern in konzeptuellen Modellen öffentlicher Dienstleistungen realisiert sind. Dazu wird in dieser Dissertation eine für diese Untersuchung geeignete Methode zur Identifikation und Beschreibung von konzeptuellen Metaphern für das Konzept der öffentlichen Dienstleistung erarbeitet. Die Methode wird auf Veröffentlichungen zum Thema der konzeptuellen Modellierung öffentlicher Dienstleistungen angewendet. Das Ergebnis der Untersuchung ist ein Katalog konzeptueller Metaphern für das Konzept der öffentlichen Dienstleistung. Der Katalog umfasst 23 konzeptuelle Metaphern, die modelliert und erläutert werden. Ferner werden Voraussetzungen und Beispiele für die Anwendung der jeweiligen konzeptuellen Metapher gegeben.Subject of this thesis is the conceptual modeling of public services. Conceptual models describe the domains of information systems used for providing public services. Conceptual models of public services play a key role in the development process of such information systems because conceptual models describe the relevant concepts of the domain which will be “implemented” in these information systems. As conceptual models are also lingual artifacts they reflect the modeler’s view on the domain described. This also includes how the modeler himself conceptualizes and understands the domain.
Against this background, the conceptual modeling of public services is analyzed from the perspective of the so-called conceptual metaphor theory. The main assumption of the conceptual metaphor theory is that metaphors are not just unusual combination of words coming from different domains but mappings of concepts of a source domain to the concepts of a target domain. As such, conceptual metaphors are a crucial mechanism in understanding and conceptualizing the target domain, such as the domain of public services.
This thesis intends to identify conceptual metaphors used to conceptualize the concept of public service and to analyze how such conceptual metaphors are realized in conceptual models for public services. To this end, a definition of the concept of conceptual metaphor as well as a method for identifying, describing, and modeling conceptual metaphors for the concept of public service are developed. Applying the definition and the method on publications regarding the conceptual modeling of public services, 23 conceptual metaphors for the concept of public services are identified, described and modeled. Furthermore, prerequisites and examples for applying these conceptual metaphors in the context of conceptual modeling are given
Concept Maps als Diagnoseinstrument im Physikunterricht und deren Auswirkung auf die Diagnosegenauigkeit von Physiklehrkräften
No full textBei deutschen Mathematik- und Deutschlehrkräften sind Defizite bei diagnostischen Kompetenzen zu erkennen. Für Physiklehrkräfte ist die Forschungslage so dürftig, dass Aussagen zu ihrer Diagnosekompetenz momentan nicht getroffen werden können. Zudem gibt es für den Physikunterricht nur wenige verlässliche Diagnoseinstrumente. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Diagnoseinstrumentes, mit dem Schülerinnen und Schüler zeitnah im Unterricht eingeschätzt werden können. Die Entwicklung des Instruments wird außerdem genutzt, die Diagnosekompetenz der beteiligten Physiklehrkräfte in Form von Diagnosegenauigkeit einzuschätzen. Hierzu wird in zwei Studien ein Verfahren zum Einsatz von Concept Maps mit unterschiedlichen Aufgaben- und Bewertungsformaten entwickelt.
Die Entwicklung, Pilotierung und Validierung des Diagnoseinstruments ‚Concept Map‘ wird in der ersten Studie durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass das entwickelte Concept Map-Aufgabenformat und das Bewertungsformat ‚Concept Map-Beurteilungsbogen‘ partiell Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler abbilden können, wie sie in einem Kompetenztest gemessen werden. In Einklang mit anderen Ergebnissen der Concept-Map- Forschung kann von einer konvergenten Validität im unteren Korrelationsbereich gesprochen werden.
Mit den in der ersten Studie entwickelten Instrumenten wird die Diagnosegenauigkeit der Lehrkräfte in einer zweiten Studie als Rangkorrelation gemessen. Mit einer Stichprobe von 48 Physiklehrkräften mit ihren 977 Schülerinnen und Schülern, konnten Gruppenunterschiede hinsichtlich der Diagnosegenauigkeit festgestellt werden. Lehrkräfte, die ihre Schülerinnen und Schüler anonym anhand einer Concept Map mit Hilfe des Beurteilungsbogens bewerten, können genauso gut eine Rangordnung ihrer Schülerinnen und Schüler bilden, wie Lehrkräfte, die ihre Schülerinnen und Schüler personalisiert auf Basis ihrer Unterrichtsbeobachtungen einschätzen. Zusammenfassend ermöglicht das entwickelte Concept Map Verfahren mit Bewertungsbögen eine anonyme Beurteilung der Schülerfähigkeiten mit einer Diagnosegenauigkeit, die ähnlich erfolgreich ist wie die Beurteilung, die die Kenntnis der Schülerfähigkeiten über einen längeren Unterrichtsabschnitt voraussetzt. Es kann außerdem erwartet werden, dass sich die Genauigkeit durch eine entsprechende Ausbildung der Lehrpersonen steigern lässt