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Impact of local implementation in the cities of Rosenheim, Ulm and Zurich and the administrative districts of Ravensburg and St. Wendel to the recipients and their capabilities
No full textDie konsequente fachlich-methodische Umsetzung des Fachkonzepts Sozialraumorientierung (SRO) wirkt sich in den Hilfen zur Erziehung nachweislich auf die Adressatinnen und deren Verwirklichungschancen aus.
Konkret bewirkt der konsequente Vollzug der sieben sozialarbeiterischen Handlungsschritte Ressourcenerhebung (1), Erhebung Wille der Adressatin (2), Festlegung Richtungsziele (3), Ressourcencheck und Nutzung Ressourcen des sozialen Raumes (4), Planung Schritte/Maßnahmen und Hilfeplan/Vereinbarung/Kontrakt (5), sozialraumorientierte Durchführung der Hilfe (6) und Ergebnisauswertung (7), dass die Adressatinnen…
...wissen, was sie wollen,
…ihre Stärken und Möglichkeiten kennen,
…wissen, welche Unterstützung und Infrastruktur aus dem sozialen Raum sie darüber hinaus zur Zielerreichung nutzen können,
…wissen, dass sie gezielt etwas verändern können,
…ihre eigenen Möglichkeiten, die gewollte Situation herbeizuführen, kennen,
…wissen, wo sie zusätzliche Unterstützung für die Zielerreichung erhalten können,
…ihre Ziele zumindest teilweise erreichen,
…und dass sich ihre Verwirklichungschancen signifikant verbessern.
Dies belegen die Ergebnisse der vorliegenden empirischen Untersuchung, welche in den Landkreisen Ravensburg und St. Wendel sowie den Städten Rosenheim, Ulm und Zürich durchgeführt wurde.
Die Studie identifiziert mittels qualitativem Verfahren neun Umsetzungstypen. Die ersten sieben sind verifiziert und finden Aufnahme in die Typologie:
• SRO-Master
• SRO-Fachkräfte
• Willen- und Zielorientierte
• SRO-Praktikerinnen
• Lösungsorientierte
• Zielorientierte
• Konzeptlose und/oder Dokumentationsmüde
• Lückenhafte
• Hilfevorbereitende.
Mittels quantitativem Verfahren kann zudem ein statistischer Zusammenhang zwischen der Nutzung theoretisch-fachlicher Grundlagen der SRO, dem systematischen SRO-Vorgehen, der Berücksichtigung der Wirkfaktoren sowie den zu erwartenden Hinweisen auf realisierte Verwirklichungschancen nachgewiesen werden. Demzufolge gilt: Je konsequenter die theoretisch-fachlichen Grundlagen der SRO genutzt werden und je konsequenter das Fachkonzept fachlich-methodisch umgesetzt wird, desto positiver wirkt sich dies auf die Adressatinnen, deren Zielerreichung und die Verbesserung deren Verwirklichungschancen aus.
Die aus den Ergebnissen der vorliegenden Untersuchung gebildete Theorie ist auf andere das Fachkonzept Sozialraumorientierung umsetzende Städte und Landkreise und auf weitere Bereiche der Sozialen Arbeit (Einzelfallhilfe im gesetzlichen und freiwilligen Kontext) übertragbar, da sie auch in diesen ihre Gültigkeit hat (Theorie mittlerer Reichweite).The consistent implementation of the social space concept (SRO) in the field of educational support has a verifiable impact on the recipients and their capabilities.
In more concrete terms, the consistent implementation of the seven steps in social work which are: identifying the resources (1), identifying the recipient’s will (2), determination of goals (3), checking resources and utilization of resources of the social space (4), planning of the steps to be taken/measures and support plan/agreement/contract (5), social space-oriented implementation of support measures (6) and outcome evaluation (7) has the following effects on the recipients:
• They know what they want.
• They know their personal strengths and abilities.
• They know what support and infrastructure of the social space they can use additionally in pursuit of their goals.
• They know they can change something volitionally.
• They know their own capacity to create an intended outcome.
• They know where they can get additional help to reach their goals.
• They reach their goals at least partially.
• Their capabilities improve significantly.
This is confirmed by the results of the present empirical study which was conducted in the administrative districts of Ravensburg and St. Wendel and in the cities of Rosenheim, Ulm and Zürich.
The study identifies nine implementation types using qualitative methods. The first seven are verified and are included in the typology:
• SRO master
• SRO professionals
• Will and goal-oriented
• SRO practitioners
• Solution-oriented
• Goal-oriented
• Lacking a concept and/or being weary of documentation
• Incomplete
• Preparing support.
Moreover, using quantitative methods a statistical relationship could be established between the use of the theoretical and technical principles of SRO, the systematic SRO approach, the consideration of the effective factors and the expected indications of realized capabilities. Consequently the following applies: The more consistent the theoretical and technical principles of SRO are used and the more consistent the concept is being implemented, the more positive is the outcome for the recipients in terms of their achievement of objectives and the improvement of their capabilities.
The theory based on the results of the present study is a theory of medium range and applies equally to other cities and administrative districts that implemented the SRO concept and also to further fields of social work (individual case work in the legal and voluntary context)
Advanced Converter Control Techniques for Improving the Performances of DFIG based Wind Turbines
No full textUnter den alternativen erneuerbaren Energiequellen hat Windenergie in den letzten zehn
Jahren den größten Stellenwert im Energieerzeugungssystem erlangt. Die Erhaltung bzw. die
Verbesserung der Zuverlässigkeit des Stromversorgungsnetzes mit zunehmenden
Windenergieanlagen und deren optimale Nutzung ist eine der wichtigsten Aufgaben. Die
Windenergieanlagen sind im Netzbetrieb bestimmten in Netzanschlussrichtlinien
angegebenen Anschlussregeln unterworfen. Dies erfordert eine detaillierte Untersuchung von
Windenergieanlagen in verschiedenen operativen Szenarien, so dass geeignete Lösungen
empfohlen werden können, insbesondere bezüglich Umrichter-Regelung, die die Hauptrolle
im Gesamtsystem spielen.
In dieser Forschung wurde der doppelt-gespeiste Asynchrongenerator, der immer noch am
häufigsten verwendeter Windturbinentyp ist, für eine detaillierte Untersuchung ausgewählt.
Sowohl das Betriebsverhalten im stationären Betrieb allgemein als auch unter
Berücksichtigung von zwei alternativen Pulsweiten-Modulation (PWM)-Typen und
verschiedenen Umrichter-Topologie, untersucht. Vergleichskriterien sind die erzeugte
maschinenseitige „common mode“ Spannung, Gesamtverzerrung der Stromwelle im
Niederspannungsnetz, Umrichter-Leistungsverluste und Blindleistung-Einspeisefähigkeit.
Zusätzlich werden die Anzahl der Komponenten im kompletten Umrichter-System und die
geschätzten Kosten als Vergleichskriterien herangezogen.
Bezüglich des ersten Szenarios, der Einfluss unterschiedlicher PWM-Typen auf Umrichter
Verlustleistung, die Blindleistung-Einspeisefähigkeit und die gesamte harmonische
Verzerrung wurden im Detail untersucht, und der am besten geeignete PWM-Typ bezüglich
optimaler Leistungskriterien sowie Drehzahlbereiche vorgeschlagen.
Im zweiten Szenario wurden zwei verschiedene Umrichter-Topologie, nämlich zweistufiger
„Back-to-Back“ Umrichter und dreistufiger „Neutral-Point-Clamped (NPC)“ „Back-to-Back“
Umrichter wurden im Simulationsmodell implementiert, und auf der Grundlage der
Simulation Ergebnisse ihre Eignung in Bezug auf Kosten gegen die anfallenden
Betriebsvorteile verglichen.
Schließlich wurde ein neues Schutzschema für „Fault-Ride-Through“ im dreistufigen „Backto-
Back“ NPC-Umrichter als Alternative zum konventionellen Schutzschema mit Chopper im
Gleichspannung-Zwischenkreis vorgeschlagen. Das vorgeschlagene Schema zeigt ein sehr
ähnliches dynamisches Verhalten wie das konventionelle Schema, wenn die inneren IGBTs
des maschinenseitigen Wechselrichters (MWR) für etwa zweifachen Nennstrom der
Überstromschutzgrenze ausgelegt werden. Außerdem ermöglicht eine einfachere Bedienung
ohne höhere Anzahl von Komponenten. Die Verwendung von inneren IGBTs mit höherem
Nennstrom erhöht die Kosten der MWR. Jedoch werden die Gesamt Kosten um etwa 15%
weniger, da der Chopper im Gleichspannung-Zwischenkreis dadurch überflüssig gemacht
wird.Among the renewable energy alternatives, wind energy has made the biggest impact on the
total energy production in the last decade. Maintaining or improving the reliability of the wind
turbine system in power generation sector with optimal performances is one of the important
tasks. Especially the wind turbines connected to the grid are subjected to certain electricity
grid connection regulations specified in grid codes. A detailed study of the performance of
wind turbine systems in various case scenarios is necessary, so that appropriate solutions can
be recommended, especially in the converter controls which play the major role in the overall
system.
In this thesis, the doubly fed induction generator (DFIG) which is still the most widely used
wind turbine type is selected for detailed investigation. Its performances during steady state
operation in two alternative scenarios, namely, using different pulse width modulation (PWM)
types and using different converter topologies, are investigated. The performance criteria
include generated common mode voltage at machine side converter (MSC), current total
harmonic distortion in the low voltage network, converter power losses and reactive power
capability. Additionally, the component counts in the converter and its estimate cost are
compared.
Regarding the first scenario, the influence of different PWM types on the converter power
losses, the reactive power capability and the total harmonic distortion has been investigated in
detail, and the most suitable PWM type depending on the optimal performance criteria as well
as operational speed range is proposed.
In the second scenario, two different converter topologies, namely back-to-back two-level
converter and back-to-back three-level neutral point clamped (NPC) converter were
implemented in the simulation model, and on the basis of the simulation results their
performances in terms of cost against the accruing operational advantages are compared.
Finally, a new protection scheme for fault ride-through in back-to-back three-level NPC
converter is proposed as an alternative to conventional protection scheme using DC-link
chopper. The proposed scheme shows a very similar dynamic behaviors with the conventional
scheme when the inner IGBTs of the MSC are designed for about two times higher current
rating than the over-current protection limit. Furthermore, it implements simpler operation
without higher component count. The need for the inner IGBTs with higher current rating
significantly increases the cost of the MSC. However, the total cost of the DFIG system is
slightly reduced about 15% by the elimination of the DC-link chopper circuit
Über die Adsorption von Allergenen und Nukleinsäuren an Calciumcarbonat sowie die chemische Umwandlung von Goldalgen in elementares Silicium
No full textIn dieser Arbeit wurde im Rahmen eines Kooperationsprojekts mit der Firma SCHAEFER KALK die Reduzierung von Naturlatex-Allergenen durch Adsorption an unterschiedliche Calciumcarbonate, sowie die Desorption dieser und die Freisetzung der Allergene aus selbst hergestellten Werkstücken untersucht.
Dazu wurden die polymorphen, wasserfreien Calciumcarbonate Calcit, Vaterit und Aragonit hergestellt und durchgehend charakterisiert. Zudem wurden sechs weitere Calciumcarbonat-Proben von der Firma SCHAEFER KALK zur Verfügung gestellt und charakterisiert.
Es zeigte sich, dass die vier Allergene, Hev b 1, Hev b 3, Hev b 5 und Hev b 6.02 im wässrigen Medium an die unterschiedlichen Calciumcarbonate adsorbierten. Der Einfluss des Mediums wurde durch die Verwendung von PBS untersucht und führte zu signifikant verminderter Adsorption der Allergene an die verwendeten Substrate. Der Einfluss der Ausgangskonzentration, sowie der Einfluss der Temperatur, wurden ebenfalls untersucht. Es zeigte sich, dass mit Ausnahme des Allergens Hev b 3 keine Abhängigkeit der Adsorption von der Ausgangskonzentration der Allergene vorlag. Eine zunehmende Adsorption mit steigender Temperatur konnte bei allen Versuchen nicht nachgewiesen werden. Die spezifische Oberfläche, die Morphologie und die Polymorphie hatten dabei keinen Einfluss auf die Adsorption der Allergene (mit Ausnahme der plättchenförmigen Probe SK-6, die aus einem Vaterit/Calcit-Gemisch bestand).
Mittels Untersuchungen der Desorption der Allergene von den Substraten konnte festgestellt werden, dass die Allergene Hev b 1 und Hev b 3 zu ungefähr 50 % von den Substraten desorbierten, während die Allergene Hev b 5 und Hev b 6.02 nicht bzw. nur geringfügig desorbierten.
Um die Anwendung der Calciumcarbonate zur Reduzierung der Latex-Allergene in dipped products zu demonstrieren, konnten kleine Naturlatex-Werkstücke als Handschuh-Modell mit eingebautem Calciumcarbonat in der Latex-Matrix dargestellt und die Freisetzung der Allergene aus diesen untersucht werden. Es zeigte sich, dass die Allergene aus den Werkstücken, trotz eingebauten Calciumcarbonaten, zum großen Teil freigesetzt wurden und nicht oder nur minimal an die Calciumcarbonat-Substrate adsorbierten.
In weiteren Untersuchungen wurde der Einfluss des Zugabezeitpunkts der Calciumcarbonate und der Einfluss der Freisetzungskinetik validiert. Es zeigte sich, dass die Freisetzung der Allergene durch die Variation des Darstellungsprozess deutlich minimiert werden konnte und dass die Wahl der Freisetzungsmethode ebenfalls einen deutlichen Einfluss auf die Freisetzung der Allergene hat.
Die Wahl einer Calciumcarbonat-Phase als geeignetes Adsorbens zur Einbettung in Naturlatex-Werkstücke konnte nicht getroffen werden, da die Proteine an die Calciumcarbonate unabhängig der spezifischen Oberfläche und Morphologie adsorbierten bzw. desorbierten und kein Substrat signifikant bessere Eigenschaften aufwies als die anderen.
Ferner wurde für lösungskalorimetrische Untersuchungen ACC synthetisiert. Die bestimmten Lösungsenthalpien der kristallinen Polymorphe entsprachen den Literaturdaten. Die Lösungsenthalpie von ACC war zu gering im Vergleich mit der Literatur und konnte mit der Instabilität des ACCs und dem variablen Kristallwassergehalt innerhalb der Probe in Zusammenhang gebracht werden.
Des Weiteren wurden DNA-funktionalisierte Calciumcarbonat-Nanopartikel in einem halbkontinuierlichen Fällungsprozess synthetisiert, welche sich nach dem Aufreinigungsprozess mittels PEI umladen ließen. Diese Partikel wurden kolloid-chemisch charakterisiert und für zellbiologische Untersuchungen verwendet. Transfektionsuntersuchungen an HeLa-Zellen zeigten, dass die Calciumcarbonat-DNA-Nanopartikel nicht von den Zellen aufgenommen wurden, während die mittels PEI umgeladenen Nanopartikel konzentrationsabhängige Transfektionseffizienzen zeigten. Durch MTT-Tests konnte die ebenfalls konzentrationsabhängige zelltoxische Wirkung der mit PEI umgeladenen Calciumcarbonat-DNA-Nanopartikel ermittelt werden. Die Calciumcarbonat-DNA-Nanopartikel waren dahingegen nicht zelltoxisch.
In einem weiteren Teil der Arbeit wurde die chemische Konversion von Chrysophyceae (Goldalgen) beschrieben. Die verwendeten Goldalgen Mallomonas caudata und Synura petersenii wurden vor den Umwandlungsexperimenten eingehend bezüglich der kennzeichnenden strukturellen Merkmale charakterisiert. Die Bildung von Silicium aus den Silica-mineralisierenden Strukturen wurde mittels Magnesium-Pulver, einem Konversionsreaktors aus hitzebeständigem Stahl und hoher Temperatur realisiert. Die Umwandlung der Silica-mineralisierenden Goldalgen zu Silicium konnte realisiert werden. Die Vollständigkeit der Konversionsreaktion wurde mittels EDX überprüft
Economics of long-term portfolio management in electricity markets
No full textWeltweit erfordern Erneuerungen und Erweiterungen der Stromversorgungssysteme hohe Investitionen in neue Stromerzeugungsanlagen. Die hierfür erforderlichen Kraftwerksinvestitionen bergen aufgrund der hohen Baukosten und der langen Lebensdauern zwischen 20 und 50 Jahren erhebliche finanzielle Risiken sowohl für einzelne Investoren als auch für die Wettbewerbsfähigkeit ganzer Volkswirtschaften; denn der von Energiepolitikern gesetzte regulatorische Marktrahmen und im Markt getroffenen Investitionsentscheidungen von heute beeinflussen die volkswirtschaftlichen Kosten für die Energieversorgung von morgen. Daher sollten Energiepolitiker bei der Förderung bestimmter Kraftwerkstechnologien und Investoren bei ihren Entscheidungen zu Kraftwerksneubauten sowohl die Kosten (bzw. Renditen) als auch die finanziellen Risiken im Hinblick auf das Erzeugungsportfolio im Markt berücksichtigen.
Diese Arbeit zielt darauf ab, die Entscheidungstheorie unter Unsicherheit im Hinblick auf Kraftwerksinvestitionen weiterzuentwickeln und effiziente Erzeugungsportfolios sowohl von einer volkswirtschaftlichen als auch von einer Investoren-Perspektive zu erforschen. Dazu setzt diese Arbeit auf den in der Literatur bereits intensiv diskutierten Konzepten zur Kapazitätsplanung sowie des "Peak-load Pricing" einerseits sowie der Markowitz'schen Portfoliotheorie andererseits auf und entwickelt diese in einem integrierten Modellansatz weiter. Dabei stehen finanzielle Risiken aus den spezifischen Brennstoffpreis-Unsicherheiten unterschiedlicher Erzeugungs-Technologien im Fokus dieser Arbeit.
Nach einer kurzen Zusammenfassung elementarer Grundlagen zur Entscheidungstheorie wird die Investitionsentscheidung als ein formales Optimierungsproblem modelliert. Hiervon werden quantitative Kriterien zur Diversifikation des Erzeugungsportfolios in Abhängigkeit von der Risikoaversion abgeleitet und analytische Lösungen für bezogen auf Kosten und Risiken effiziente Erzeugungsportfolios aus einer Wohlfahrtperspektive bestimmt. Die Ergebnisse belegen, dass Diversifikation per se selbst bei hoher gesellschaftlicher Risikoaversion nicht zwingend vorteilhaft ist. Der effiziente Technologiemix im Erzeugungsportfolio ist vielmehr durch die spezifischen Risiken der einzelnen Technologien selbst bestimmt. Folglich werden mit steigender gesellschaftlicher Risikoaversion jene Erzeugungstechnologien mit geringen Brennstoffpreisrisiken (beispielsweise Kernkraft oder Braunkohle) gegenüber Technologien mit hohen Preisschwankungen (beispielsweise Gas) bevorzugt.
Im Gegensatz zu bestehenden Forschungsarbeiten, in denen Veränderungen der Grenzpreis basierten Angebotskurve ("Merit Order") aufgrund von Schwankungen in den Brennstoffkosten nicht betrachtet werden, wird dieses Risiko in der vorliegenden Arbeit explizit analysiert und quantifiziert. Im Ergebnis wird gezeigt, dass Merit Order Risiken insbesondere bei langen Investitionszeiträumen den Technologiemix in effizienten Erzeugungsportfolios erheblich beeinflussen. Während bestehende Literatur zum Thema Kapazitätsplanung und Portfoliotheorie gemeinhin die Annahme vollkommener Märkte voraussetzt, wird in dieser Arbeit analytisch gezeigt, wie Risikoaversion von Investoren die sich im Marktgleichgewicht einstellende Struktur des Erzeugungsportfolios beeinflussen und zu erheblichen Abweichungen vom wohlfahrtsoptimalen Technologiemix führen kann.
Schließlich wird wieder aus der Investorenperspekive empirisch der Einfluss des Technologiemixes im Erzeugungsportfolio auf die erwartete Rendite von großen europäischen Energieversorgern untersucht. Es kann gezeigt werden, dass die Erzeugungsstruktur einen signifikanten Einfluss auf die historischen Aktienrenditen der untersuchten Unternehmen hat. Die Ergebnisse liefern einen theoretischen und praktischen Beitrag zur Ermittlung risikoadjustierter Kapitalkosten für typische Erzeugungstechnologien aus einer Investorenperspektive.Electricity systems around the world are facing massive investments to replace aged and add new generation capacity. Thereby, investments in power generation assets bear considerable financial risks in view of the typically high capital investments and long-lasting asset lifetimes between 20 and 50 years. The regulatory frame set by policy makers and the investment decisions of companies of today influence the socioeconomic costs of tomorrow in liberalized electricity markets. Thus, both policy makers and investors should reflect costs (respectively return) and monetary risks of their investment decisions carefully to build economical and long-term sustainable electricity systems.
This thesis aims to contribute to the theory of decision making under uncertainty in the field of electricity generation investments and to analyze efficient generation portfolios both from a societal and from a company perspective. For that, the research proposed in this thesis combines and extends concepts of capacity planning and peak load pricing on the one hand and Mean-Variance Portfolio theory based on Markowitz on the other hand—which are well-discussed in economic literature individually—in an integrated modelling approach. Thereby, the research in this thesis is focused on financial risks induced by technology-specific fuel price uncertainties which are inherent to all non-renewable generation technologies.
Having briefly recaped the fundamentals of decision theory under uncertainty, we propose a model that captures the investment decision as a formal optimization problem. From the latter, quantitative diversification criteria are derived and analytical solutions for cost-risk efficient generation portfolios are determined from a welfare perspective. The results show that diversification of generation portfolios is—even under high societal risk aversion—not beneficial per-se. The technology mix in efficient portfolios depends rather on the specific risk of each technology. Consequently, generation technologies with traditionally low fuel price fluctuations (e.g. nuclear or lignite plants) are preferred compared with technologies with higher price fluctuations (e.g. gas) with increasing societal risk aversion.
While commonly neglected in literature, the effect of reversal risks in the short-term order of dispatch ("merit order") is analytically studied and quantified in this thesis. It is shown that this risk factor can impact the efficient technology mix substantially especially given long-term investment horizons. While existing literature in the field of capacity planning and Mean-Variance Theory relies predominantly on the key assumptions of perfect markets, we show how risk-averse investor behavior may shift the technology structure in the market equilibrium significantly away from the welfare optimum.
Finally, we resume the focus on the investor perspective and empirically study the impact of the fuel mix structure in power generation portfolios on expected stock returns for major European power companies. It is shown that the generation fuel mix has a significant impact on the historical stock returns of the investigated companies. Thus, these results provide theoretical and practical benefit to determine adequate riskadjusted capital costs for typical generation technologies from an investor perspective
Anti-apoptotic gene transfer to corneal endothelial cells
No full textZusammenfassend unterstützen die vorgelegten Daten die Hypothese, dass antiapoptotischer Gentransfer in korneale Endothelzellen deren Überlebensrate durch Hemmung des Zelluntergangs während der Kultivierung von Spenderhornhäuten steigert. Diese Gentherapie war sowohl gegen Zelluntergang des intrinsisch- als auch extrinsisch-vermittelten apoptotischen Signalwegs wirksam. Die Ergebnisse demonstrierten die Effektivität, mit welcher diese protektiven Proteine gegenüber starken Apoptose auslösenden Substanzen wirksam waren. Dies legt den Schluss nahe, das die Translation dieses Ansatzes in die Klinik zu Strategien führen kann, welche das Überleben kornealer Endothelzellen sowohl während der Hornhautkultivierung als auch nach der Transplantation erhöhen könnte. Das Endothelzellüberleben ist von ausserordentlicher Bedeutung für die Verwendbarkeit einer Spenderhornhaut für eine Transplantation als auch für das anschließende Transplantatüberleben. Gegenwärtig werden zirka 30% der Hornhäute bereits aufgrund von Endothelzelluntergang während der Kultivierung verworfen. Die Translation diese anti-apoptotischen Ansatzes in die Kultivierung von Spenderhornhäuten in Hornhautbanken könnte daher die Anzahl der für die Transplantation verfügbaren Spendergewebe steigern und so die Patientenversorgung verbessern. Da Transplantate mit höherer Endothelzelldichte weniger wahrscheinlich versagen, folgte hieraus eine höhere Wahrscheinlichkeit für verlängertes Transplantatüberleben und daher eine verringerte Wahrscheinlichkeit einer Re-Transplantation. Interessanterweise ist dieser Ansatz auch auf die jüngsten Entwicklungen im Bereich der Transplantation des endothelialen Monolayers anwendbar (z.B. DSEK, DMEK), welche gegenwärtig weltweite Verbreitung bei Hornhautchirurgen erfahren (Lombardo et al., 2009). Dieser Ansatz könnte auch bei anderen Arten der Zelltransplantation angewendet werden, wie z.B. bei Stammzellen hergestellt nach dem Verfahren des Bioengineering (Hayashi et al., 2009) oder bei der Transplantation von Herzmuskelzellen zur Verbesserung eines angegriffenen Herzmuskels (Shimizu et al., 2009). Diese Arbeit führte zu neuen Erkenntnissen zu der Bedeutung der anti-apoptotischen Proteine Bcl-xL und p35 hinsichtlich der Verlängerung des Überlebens kornealer Endothelzellen während der Hornhautkultivierung. Nach bestem Wissen zeigte die Arbeit erstmals, dass das Überleben kornealer Endothelzellen während der Hornhautkultivierung mit Hilfe von Gentherapie verlängert werden kann. Zudem könnte die Anwendung anti-apoptotischer Gentherapie in Hornhautbank vor einer Hornhauttransplantation die Verfügbarkeit von Spenderhornhäuten für Transplantationen steigern. Angesichts des derzeit bestehenden Transplantatmangels könnten dadurch Millionen aufgrund von Hornhauterkrankungen Erblindeter ihre Sehkraft zurückerhalten
The role of the transcription factor TFAP2C in mouse placenta development
No full textDie Plazenta ist das erste embryonale Organ, was im Verlauf einer Schwangerschaft angelegt wird. Störungen bei der Entwicklung führen zu schwerwiegenden Krankheiten, welche das Leben von Mutter und Embryo beeinträchtigen können. Durch die strukturelle Ähnlichkeit der Plazenta bietet sich die Maus als Modellorganismus zur Erforschung dieses Organes an. Ein vollkommener Verlust des Transkriptionsfaktors TFAP2C führt zu einem frühen Absterben der Embryonen in utero. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass bereits der heterozygote Verlust von TFAP2C zu schwerwiegenden Problemen der Plazentaentwicklung führen kann. Mit Hilfe verschiedenster Methoden, wie z. B. quanitativer Real Time PCR, Laser-Mikrodissektion oder in vitro Kultivierung von Trophoblast-Stammzellen, konnte ein Versagen der Regulation von Proliferation und Differenzierung in den TFAP2C heterozygoten Plazenten gezeigt werden
Improvement of an adenovirus-based anti-retroviral vaccine by using genetic adjuvants
No full textDie Induktion effektiver neutralisierender Antikörperantworten durch eine anti-retrovirale Vakzine ist nach wie vor ein herausforderndes Problem. Im FV-Modell wurde daher der adjuvante Effekt verschiedener Cytokin-kodierender adenoviraler Vektoren in der anti-retroviralen Immunisierung untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Impfeffizienz des expression/display-Vektors Ad.pIXgp70 durch die Koimmunisierung mit adenoviralen Vektoren, die die Cytokine IL5, IL6, IL23 oder CCL1 exprimierten, deutlich verbessert werden konnte. Dieser Impfschutz spiegelte sich in reduzierten Viruslasten und einer besseren Kontrolle über die FV-induzierte Splenomegalie wider und korrelierte mit starken neutralisierenden Antikörperantworten nach der Belastungsinfektion. Die stärksten Effekte wurden durch Koimmunisierung mit Ad.IL5 und Ad.IL23 erzielt; dabei konnten trotz einer hohen Infektionsdosis nur in einzelnen Tieren Viruslasten nachgewiesen werden konnten. Da dieser sehr gute Schutz bedingt durch die verwendeten Vakzinkombinationen ausschließlich CD4+ T Zellen und neutralisierende Antikörper auslöste, wurde die Impfung zusätzlich durch den CTL-induzierenden Vektor Ad5.TxnGagL erweitert. Der dadurch induzierte Schutz korrelierte mit hohen neutralisierenden Antikörpertitern sowie CD4+ und CD8+ T-Zellantworten, und war vergleichbar mit dem eines lebend-attenuierten Impfstoffs, der bisher einzigen effektiven Vakzine.
Zudem zeigte sich ein starker adjuvanter Effekt durch einen adenoviralen Vektor, der ein Fusionsprotein aus Thioredoxin und dem viralen Oberflächenprotein gp70 kodierte. Die Immunisierung mit diesem Vektor zusammen mit Ad.pIXgp70 induzierte einen sehr guten Schutz, der ebenfalls durch hohe neutralisierende Antikörpertiter vermittelt wurde. Allerdings konnten diese Impferfolge durch einen neuen Vektor Ad.secTxngp70pIXgp70, der die Eigenschaften beider Vektoren in einem rekombinanten Adenovirus kombinieren sollte, nicht erzielt werden.
In der chronischen FV-Infektion wurden in Pilotexperimenten adenovirale Vektoren zur therapeutischen Immunisierung eingesetzt. Die Immunisierung mit IL5-adjuvantiertem Ad.pIXgp70 hatte genauso wie die Kombination aus Ad5.env und CCL3- bzw. IFNα4-kodierenden Vektoren keinen Einfluss auf die chronische Viruslast. Auch die Impfung mit dem CTL-induzierenden Vektor Ad5.TxnGagL mit vorheriger Präimmunisierung mit Ad5.IL4 konnte die Viruslast in den chronisch infizierten Tieren nicht senken. In einzelnen Tieren wurden nach Präimmunisierung mit Ad5.IFNγ oder der Stimulation des Immunsystems durch Ad5.IL23 und anschließender Impfung mit Ad5.TxnGagL niedrigere Viruslasten im Vergleich zu unbehandelten, chronisch infizierten Kontrolltieren detektiert.
In dieser Arbeit konnten durch den Einsatz genetischer Adjuvanzien neue Impfstrategien etabliert und erstmals ein mit einem lebend-attenuierten Retrovirus vergleichbarer Immunschutz durch adenovirale Vektoren induziert werden.The induction of effective neutralizing antibody responses by an anti-retroviral vaccine still constitutes an unmet challenge. Thus, the adjuvant effect of different cytokine encoding adenoviral vectors was analyzed in the Friend retrovirus infection model. It was shown that the vaccination efficacy of the expression/display vector Ad.pIXgp70 could be strongly improved by coimmunization with adenoviral vectors that encode the cytokines IL5, IL6, IL23 or CCL1. The protection was reflected by reduced viral loads and an improved control over FV-induced disease which correlated with strong neutralizing antibody responses after challenge infection. The strongest effects were achieved by coimmunization with Ad.IL5 or Ad.IL23; despite the high challenge dose viral loads were only detectable in few animals. As this strong protection was only mediated by CD4+ T-cell- and neutralizing antibody responses, the vaccine was additionally supplemented by the CTL-inducing vector Ad.TxnGagL. The protection induced by this vector combination correlated with high neutralizing antibodies as well as CD4+ and CD8+ T-cell responses and was comparable to that conferred by a live-attenuated vaccine, which so far had been the only highly effective vaccine.
In addition, a strong adjuvant effect was found for an adenoviral vector which encodes a thioredoxin-gp70 fusion protein. The combined immunization with this vector and Ad.pIXgp70 induced a strong protection which also correlated with neutralizing antibodies. However, this protection was not achieved by the new vector Ad.secTxngp70pIXgp70, which should combine the properties of both vectors in only one recombinant adenovirus.
In pilot experiments, adenoviral vectors were used for therapeutic vaccination approaches in chronic FV infection. The immunization with a combination of Ad5.pIXgp70 and Ad5.IL5 as well as Ad5.env and Ad5.CCL3 or Ad5.IFNα4 had no effect on chronic viral loads. Also vaccination with Ad5.TxnGagL after preimmunization with Ad5.IL4 did not reduce viral loads. When mice were preimmunized with Ad5.IFNγ or Ad5.IL23 and subsequently immunized with Ad5.TxnGagL lower viral loads were detected in some of these mice in comparison to unimmunized, chronically infected mice.
In this study, new vaccination approaches with adenoviral vectors using genetic adjuvants were established and for the first time, a vaccination efficacy comparable to a live-attenuated retrovirus was achieved with adenovirus-based vaccine vectors
A transfer from laboratory research into real science classroom
No full textAusgangspunkt der Dissertation war, dass bislang keine Methode für den naturwissenschaftlichen Unterricht entwickelt wurde, mit der das Konglomerat an Teilkompetenzen experimenteller Fähigkeiten wie das Strategiewissen, das Strukturierungswissen und die Fachhandwerklichen Fähigkeiten in einer Experimentfolge vermittelt werden können. In der Forschung wurde die Förderung experimenteller Fähigkeiten mithilfe von zwei Methoden umgesetzt. Einerseits wurde versucht, experimentelle Fähigkeiten mithilfe von computerbasierten und andererseits mithilfe von realen Lernumgebungen an Schülerinnen und Schüler zu vermitteln (Nijoo & de Jong, 1993; Wichmann & Leutner, 2009; White & Frederiksen, 1998). Forschungsergebnisse weisen keine Unterschiede im Lernzuwachs der Schülerinnen und Schüler zwischen Gruppen die mit realen und Gruppen die mit computerbasierten Lernumgebungen gelernt haben auf (Triona & Klahr, 2003). Deswegen wurde die Forderung laut, nicht beide Lernumgebungsmedien gegeneinander zu vergleichen, sondern sie miteinander zu kombinieren (Jaakola, Nurmi, & Veermans, 2011; Rutten, van Jooligen, & van der Veen, 2012; Zacharia & Anderson, 2003). Eine Kombination beider Lernumgebungsmedien könnte die Vor- und Nachteile des jeweiligen Lernumgebungsmedium kompensieren (Olympiou, Zacharia, & de Jong, 2012). Die sich ergebende Fragestellung ist, wie eine solche Kombination gestaltet sein kann und ob es eine optimale Reihenfolge der Kombination von computerbasierter und realer Lernumgebung gibt. Diese Fragestellungen werden in der ersten empirischen Studie dieser Arbeit beantwortet.
272 Achtklässler am Gymnasium im Alter von durchschnittlich 13,3 Jahren wurden zufällig einer von vier Experimentalbedingungen zugeteilt. In allen Experimentalbedingungen kamen zwei Lernphasen aus dem Bereich der Physik (Auftrieb in Flüssigkeiten) zum Einsatz. Die erste Gruppe lernte in beiden Lernphasen an der computerbasierten Lernumgebung, die zweite Gruppe lernte in beiden Lernphasen an der realen Lernumgebung und die anderen beiden Gruppen lernten sowohl an der computerbasierten als auch an der realen Lernumgebung. Hierbei hat eine Gruppe mit der computerbasierten begonnen und anschließend an der realen Lernumgebung gelernt und bei der anderen Gruppe war die Reihenfolge umgekehrt. Abhängige Variablen waren die drei Teilkompetenzen experimenteller Fähigkeiten. Die Ergebnisse dieser Studie haben gezeigt, dass es möglich ist, das Konglomerat an Teilfähigkeiten experimenteller Fähigkeiten mit einer Kombination von computerbasierter und realer Lernumgebung zu fördern. Die Kombinationsreihenfolge, die den höchsten Lernzuwachs in Bezug auf experimentelle Fähigkeiten bei den Schülerinnen und Schülern erzielte war, zunächst an der computerbasierten und anschließend an der realen Lernumgebung zu arbeiten.
Dieses Ergebnis wurde genutzt, um die zweite Forschungsfrage dieser Arbeit zu beantworten. Diese ist, herauszufinden, ob die unter Laborbedingungen gewonnenen Ergebnisse in den naturwissenschaftlichen Regelunterricht transferiert werden können. Hierzu wurde eine zweite empirische Studie im Prä-/ Post-Design durchgeführt und die lernförderlichste Kombinationsreihenfolge wurde als Methode eingesetzt (Kombiniertes Förderprogramm). Es wurde eine Lehrerfortbildung entwickelt, in welcher das kombinierte Förderprogramm und Methoden naturwissenschaftlicher Arbeitsweisen (beispielsweise experimentelle Fähigkeiten und die Bildungsstandards zur Erkenntnisgewinnung) gelehrt wurden. An der Studie haben 24 Gymnasial-Lehrpersonen, die in zwei Parallelklassen (Experimental- und Kontrollgruppe) der 8. Jahrgangsstufe Physik unterrichteten, sowie ihre insgesamt 1258 Schülerinnen und Schüler partizipiert. Zunächst sollten die Lehrpersonen eine Unterrichtsstunde mit der Kontrollgruppe (erste Klasse jeder Lehrperson) mit dem Lehrziel „Naturwissenschaftliche Arbeitsweisen“ geben. Anschließend erhielten die Lehrpersonen die Lehrerfortbildung und abschließend sollten sie der Experimentalgruppe (zweite Klasse jeder Lehrperson) eine Unterrichtsstunde mit ebenfalls dem Lehrziel „Naturwissenschaftliche Arbeitsweisen“ geben. Allerdings war die Vorgabe für die Unterrichtsstunde mit der Experimentalgruppe, dass die Lehrpersonen das Unterrichtsziel mit dem kombinierten Förderprogramm vermitteln. Die Ergebnisse, die im Prä-/ Post-Design erfasst und mithilfe eines 2-Ebenen-Regressionsmodells berechnet wurden, zeigen auf, dass die Schülerinnen und Schüler der Experimentalgruppen derjenigen Lehrpersonen, die das kombinierte Förderprogramm implementiert hatten, signifikant mehr Lernzuwachs in Bezug auf experimentelle Fähigkeiten aufgewiesen haben, als die restlichen Schülerinnen und Schüler.
Abschließend kann festgehalten werden, dass es möglich ist, dass Lernumgebungen, die lediglich unter laborartigen Bedingungen überprüft wurden, Einzug in den naturwissenschaftlichen Regelunterricht erhalten können. Die Schülerinnen und Schüler haben einen größeren Lernerfolg in Bezug auf experimentelle Fähigkeiten erreicht, wenn sie mit gestalteten Lernumgebungen gearbeitet haben, im Vergleich zum regulären Unterricht ihrer Lehrperson zu selbigem Thema.The starting point of this thesis is that, so far, no method for the science classroom has been identified that increases all part competencies of experimental skills, such as strategy knowledge, structural knowledge and operating skills, at once. When thinking about fostering experimental skills, two methods have attracted research’s interest. While some studies focus on hands-on experiments (HO), others use computer-based learning environments (CB) (Nijoo & de Jong, 1993; Wichmann & Leutner, 2009; White & Frederiksen, 1998). Research, however, indicates no differences between groups that learned in HO or in CB learning environments (Triona & Klahr, 2003). Therefore, instead of comparing both, researchers suggest to combine them to foster learning (Jaakkola, Nurmi, & Veermans, 2011; Rutten, van Joolingen, & van der Veen, 2012; Zacharia & Anderson, 2003). A combination of both could offset the disadvantages of one learning environment and vice versa (Olympiou, Zacharia, & de Jong, 2012). This implies advantages especially with regard to the acquisition of self-regulatory abilities such as strategy knowledge and strategy application. The question that arises from this is how such a combination could look like and whether there is an optimal order of combination of CB and HO. These questions are the focus of the first empirical study of this thesis.
272 eighth graders with an average age of 13.3 years were randomly assigned to one of four experimental conditions. In all conditions, two learning phases in the domain of physics (buoyancy in fluids) took place consecutively. The first group learned with a computer-based environment both times (CBCB), the second with hands-on environments both times (HOHO), and in the other two groups, the environments varied (CBHO, HOCB). Dependent variables were all part competencies of experimental skills. The results show that it is possible to foster all part competencies of experimental skills with one combined method and the combination order that leads to the highest learning gains is learning first with CB and afterwards with HO.
This result was then applied to answer the second research aim of this thesis. That is, whether these findings, which were gathered under laboratory conditions, are transferrable to the real science classroom. Therefore, a second empirical study was conducted and the combination order (CBHO) was used as a method to increase all part competencies of experimental skills at once (combined fostering program). We conducted an in-service-teacher-training where the combined fostering program and scientific methods (i.e. experimental skills, science education standards and modes of scientific inquiry) were taught. Participants were 24 physics teachers with two parallel (control- and treatment-group) classes (in total: 1.258 eight graders). First, teachers had to give a lesson to their control-group-students (first class) with the aim “to teach scientific methods”, afterwards the in-service-teacher-training was given to the participating teachers and, finally, they held a lesson with their second class (treatment-group); again with the aim “to teach scientific methods”, but this time with the combined fostering program. The results, gathered in a pre-post-design and analyzed with a two-level regression model under correct computation of the standard errors, revealed that the treatment-group-students from teachers that implemented the combined program significantly outperformed the other student-groups on all used tests. Concluding, it can be stated that it is possible to implement learning environments that have only been trialed under laboratory conditions into the real science classroom. Students were better able to learn scientific methods with the designed learning environments
The experimental investigation of thermally coupled HT-PEM fuel cell with hydrogen storage tank based on sodium alanate
No full textIm Rahmen dieser Arbeit wurde ein System untersucht, das aus einem Wasserstoffspeicher und einer Hochtemperatur PEM-Brennstoffzelle (HT-PEM) bestand. Der Wasserstoffspeicher wurde mit dem komplexen Hydrid NaAlH4 als Wasserstoffspeichermaterial befüllt. Um die Hydrier- und die Dehydrierkinetik des H2-Speichermaterials zu verbessern, wurde es mit 4 Mol.% TiCl3 während des Kugelmahlprozesses dotiert. Beide Systemkomponenten, der Wasserstoffspeicher und die Brennstoffzelle, wurden miteinander thermisch durch ein zirkulierendes Thermoöl als Wärmeträger gekoppelt. Die treibende Kraft für die Wärmeübertragung war die Differenz zwischen der Temperatur der Wasserstoffumsetzung in der Brennstoffzelle und der Hydridtemperatur, bei der Wasserstoff freigesetzt werden konnte. Die HT-PEM Brennstoffzelle bestand aus 28 Zellen, die mit PBI MEAs bestückt waren. Eine solche Brennstoffzelle wird im Temperaturbereich zwischen 120 und 190°C betrieben und das H2-Speichermaterial dehydriert mit ausreichender Kinetik in der ersten Stufe oberhalb von 120°C. Die Brennstoffzelle hatte eine nominale elektrische Leistung von 260W. Der Speicher wurde in der Endversion mit 2676,8g dotiertem NaAlH4 beladen. Es wurden fünf Versuche im gekoppelten Betrieb durchgeführt. Um das Verhalten des Systems bei wechselnder elektrischer Leistung der Brennstoffzelle zu untersuchen, wurde in einem der Experimente die Leistung zwischen 165 und 240W variiert. In einem anderen Experiment wurde die Brennstoffzelle konstant bei ca. 260W ungefähr 150 min lang betrieben. Die höchste gravimetrische Wasserstoffspeicherkapazität in den Dehydrierversuchen betrug 3,04 Mass.% (kgH2/kgNaAlH4), was einer gravimetrischen Speicherdichte von 0,25 Mass.% (kgH2/kgSystem) und einer volumetrischen Speicherdichte von 8,8 kg/m^3 (kgH2/m^3System) des gesamten Speichers entsprach.
Das Speichermaterial wurde am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr und der HT-PEM Brennstoffzellenstack am Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH in Duisburg hergestellt.
Das Ziel dieser Dissertation war einen Wasserstoffspeicher auf Metallhydridbasis zu entwickeln, mit einer HT-PEM Brennstoffzelle thermisch zu koppeln und bei verschiedenen Lastzuständen als System zu untersuchen.In this thesis a system consisting of a hydrogen storage tank and a high temperature fuel cell (HT-PEMFC) was investigated. The hydrogen storage tank was charged with the complex hydride NaAlH4. This solid hydrogen storage material was doped with 4 mol.% TiCl3 in ball milling process to improve its performance. Both system components, the hydrogen storage tank and the fuel cell were thermally coupled using thermal oil, as fluid for heat transport. The driving force for the heat transfer via thermal oil was the temperature difference between the heat of hydrogen conversion in the fuel cell and the dehydrogenation reaction in the hydrogen storage tank.
The HT-PEMFC was a 28 cell stack equiped with PBI MEAs and a cooling system based on liquid coolant. The fuel cell is normally operated in the temperature range from 120 to 190°C and the hydride NaAlH4 releases hydrogen with reasonable kinetics above 120°C in the first dehydrogenation step. The nominal electrical load of
the fuel cell was 260 W. The final version of the constructed hydrogen storage tank contained 2676,8 g of doped NaAlH4. Five dehydrogenation tests of the thermally coupled system were carried out. In one of the tests the electrical load of the fuel cell was varied between 165 and 240W. The fuel cell was operated in an another experiment in the vicinity of 260W for approx. 150 min. The highest gravimetric hydrogen storage capacity achieved in the dehydrogenation tests was 3,04 mass.%
( kgH2/kgNaAlH4) which corresponded to 0,25 mass.% ( kgH2/kgsystem) and 8,8 kg/m3 ( kgH2/m^3system) of the gravimetric and volumetric hydrogen capacity of the total tank system respectively.
The complex hydride was prepared by Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr and the HT-PEMFC was manufactured by Zentrum für BrennstozellenTechnik GmbH in Duisburg.
The main goals of the thesis were to design and to construct a hydrogen storage tank, that uses a complex hydride as a hydrogen storage media and to couple it thermally with a HT-PEMFC and finally to investigate the assembled system under different electrical load of the fuel cell
Einfluss der thermischen Stabilität organischer Peroxide auf quelltermrelevante Wärmeströme wechselwirkender Poolfeuer
No full textDie vorliegende Arbeit beschreibt den Einfluss der thermischen Stabilität organischer Peroxide auf quelltermrelevante Wärmeströme wechselwirkender Poolfeuer