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Development of Numerical Algorithm Based on a Modified Equation of Fluid Motion with Application to Turbomachinery Flow
No full textOn the basis of the scale-invariant theory of statistical mechanics, Sohrab introduced a linear equation termed the “modified equation of fluid motion.” Preliminary investigations have shown that this modified equation can be extended to solve flow problems. Analytical solutions of basic flow problems were derived using this equation. In all cases the match between estimated and experimental data was good. These results stimulated further applications of this modified equation in the development of a CFD code to obtain numerical solutions of turbomachinery flow problems.
In the present work, a novel numerical algorithm based on the aforementioned modified equation has been developed to solve turbomachinery flow problems. In order to avoid dealing with more technical conditions on the scale–invariant form of the energy equation, this investigation is restricted to incompressible flow.
On the basis of the work done by Sohrab, the derivation process of the modified equation for incompressible flow is presented with more emphasis on its linear property as compared to the Navier–Stokes equation for incompressible flow. Furthermore, a detailed analysis of the present discretisation technique for the modified equation is performed. As compared with the Navier–Stokes equation, the numerical errors resulted from the discretisation of the modified equation, including the truncation and discretisation errors are discussed as well as the stability conditions. On the basis of the analysis above, a novel numerical solver is established by using the open source code OpenFOAM. A corresponding iteration technology is determined for the solver to dedicate reliable and efficient solutions to the algebraic linear equations derived from the FVM discretisation of the modified equation. In addition, a dynamic mesh solver developed on the basis of the ALE method is also built up to resolve the transient flow problems. Finally, the developed solver is applied to solve the modified equation for several flow models including the fundamental boundary layer problems, flow around an airfoil, turbulent secondary flow in a curved duct and cascades, and rotor–stator interactions in radial pumps. The results are evaluated by comparing them with those obtained by other methods, including the numerical results from a Navier–Stokes solver and measured data. For all investigated cases the computational effort and the accuracy of the solver are emphasized. The comparisons indicate that the developed solver, which is based on the modified equation of fluid motion, requires less than half the computation time of the Navier–Stokes solver, and it produces physically reasonable results validated by measured data.
The encouraging result demonstrates the scientific credibility of the developed solver for application to turbomachinery flows. Further, if it is extended to design processes in the turbomachinery industry, significant improvements in the design cycle cost can be reached
Irradiation effects of swift heavy ions in matter
No full textBestrahlungseffekte von schnellen schweren Ionen in Materie
In dieser Arbeit werden Bestrahlungseffekte von schweren schnellen Ionen in Materie untersucht. Das Augenmerk liegt auf den Ladungaustausch-- und Energieverlusstprozessen des Projektils.
Ein oft verwendeter Computercode, welcher Ratengleichungen verwendet, ist der sogenannte ETACHA Code. Dieser Computercode ist ebenfalls in der Lage die als Input benötigten Wirkungsquerschnitte zu berechnen. In dieser Arbeit wird ein neues Model zu Berechnung von Ladungszuständen schwerer schneller Ionen untersucht. Dieses Model, die Matrixmethode, nimmt die Form eines einfachen algebraischen Ausdrucks an, welches ebenfalls Wirkungsquerschnitte als Input voraussetzt. In der gegenwärtigen Implementierung der Matrixmethode werden Wirkungsquerschnitte aus dem ETACHA Code verwendet, wobei Anregung und Abregung vernachlässigt werden.
Ladungsfraktionen werden sowohl mit dem ETACHA Code als auch mit der Matrixmethode Ufer ausgewählte Ionen/target Kombinationen berechnet und miteinander verglichen. Für ausreichend hohe Energien ist die Übereinstimmung beider Modelle gut. Jedoch werden ausgeprägte Unterschiede für kleinere Energien sichtbar. Diese Unterschiede rühren daher, dass innerhalb der gegenwärtigen Implementierung der Matrixmethode keine Anregungen und Abregungen berücksichtigt werden. Beide Methoden werden anschließend mit experimentell gemessen Ladungfraktionen verglichen. Hierbei zeigen beide Modelle deutliche Abweichungen von den Experimenten. Während die vorhergesagte Gleichgewichtsladung von beiden Modellen in guter Übereinstimmung mit dem Experiment ist, zeigt die Matrixmethode eine deutliche Überschätzung der Gleichgewichts Eindringtiefe. Auch hier wird angenommen, dass dieser Unterschied durch die Vernachlässigung der Anregungs-- und Abregungsprozesse herrührt. Eine Möglichkeit Abregungsprozesse zu berücksichtigen ist vorgestellt.
Es ist bekannt, dass die Bestrahlung von Dielektrika mit schweren schnellen Ionen zu strukturellen Veränderungen sowohl auf der Oberfläche als auch im Volumen führen, so genannte Ionen Spuren. Zu Beschreibung dieser Spuren wird häufig das so genannte zwei Temperaturen Modell (TTM) verwendet. Dieses TTM basiert auf zwei gekoppelten Wärmediffusionsgleichungen, welche den Wärmetransport der Elektronen als auch der Phononen beschreiben. Beide Gleichungen werden durch einen Austauschparamter, der so genannten Elektron--Phonon Kopplung, miteinander gekoppelt. Für die Anwendung des TTM werden Materialparameter wie z.B. die Dichte (der angeregten) Elektronen, die Wärmekapazität der Elektronen und die Elektron--Phonon Kopplung verwendet. Diese Parameter sind, besonders für Halbleiter und Isolatoren, oft nicht bekannt. In dieser Arbeit wird das TTM auf die Bestrahlung von kristallinem Silizium angewendet, um den so genannten Schwellenwert, d.h. die minimal nötige Energie um Strukturveränderungen hervorzurufen, zu berechnen. Es ist gezeigt, dass ohne die nötigen Kenntnisse der Materialparameter, dieser Schwellenwert nur mit einer grossen Unsicherheit bestimmt werden kann. Monte Carlo (MC) Simulationen für die Bestrahlung von SiO mit 11.4~MeV/u Ca werden vorgestellt. Mit Hilfe dieser MC Simulation wird die Elektronendichte sowie die Energiedichte berechnet, woraus sich wiederum die Elektronentemperatur sowie das Transportverhalten der Elektronen abschätzen lässt. Es wird ein Kriterium vorgestellt, mit welchem es möglich ist zu bestimmen, ob das Elektronensystem mittels thermodynamischen Gleichungen wie dem TTM beschrieben werden kann. Weiterhin werden die benötigten Materialparameter aus den MC Daten extrahiert und in einem TTM verwendet um den Radius der Modifikation zu bestimmen. Dieser Radius ist in guter Übereinstimmung mit experimentell gemessenen Radien für ein ähnliches System.In the this thesis irradiation effects of swift heavy ions in matter are studied. The focus lies on the projectiles charge exchange and energy loss processes.
A commonly used computer code which employs rate equations is the so called ETACHA code. This computer code is capable to also calculate the required input cross--sections.
Within this thesis a new model to compute the charge state of swift heavy ions is explored. This model, the so called matrix method, takes the form of a simple algebraic expression, which also requires cross--sections as input. In the present implementation of the matrix method, cross--sections are taken from the ETACHA code, while excitation and deexcitation processes are neglected.
Swift heavy ions penetrating a dielectric are known to induced structural modifications both on the surface and in the bulk, so called ion tracks. In order to describe this track creation, the so called two temperature model (TTM) is often used. This TTM is based on a set of two coupled heat diffusion equations, describing the heat transport of the electrons and the phonons, while both equations are coupled by an exchange parameter, the so called electron--phonon coupling parameter. Within the TTM material parameters like the (excited) electron density, the electron heat capacity and the electron--phonon coupling are required. These parameters are often unknown, especially for insulators or semiconductors. In this work, the TTM is applied to the case of crystalline silicon, where the so called damage threshold, {\em i.e.} the minimal required ion energy to induce a modification, is calculated. It is demonstrated that without a profound knowledge of the material parameters, especially the excited electron density and the electron--phonon coupling, a reliable estimation of the damage threshold, for instance cannot be achieved. In order to determine the density of excited electrons Monte Carlo (MC) simulations of the penetration of a swift heavy ion in matter are presented. As a model system the irradiation of 11.4~MeV/u Ca in SiO is chosen. Within the MC method spatial and temporal profiles of the electron energy and number density are calculated. Using this data a method is presented that allows to obtain the electron temperature and the transport properties of the electrons. A criterion is presented, that allows to determine whether the electron system can be treated with thermodynamical equations like the TTM. Furthermore, it is demonstrated how material parameters like the electron heat capacity, the electron diffusivity and the electron--phonon coupling can be extracted out of the MC output. Finally, the obtained material parameters and the MC output are used as initial conditions for a TTM calculation, from which the induced track radius is obtained. This radius is in good agreement with experimentally measured track radii for a similar system
Verteilung des Blutdrucks in der Deutschen Bevölkerung
No full textMany epidemiological studies have addressed various aspects of blood pressure, ranging from descriptions of normal blood pressure distributions in different populations to the influence of age and other factors on blood pressure. However studies consider blood pressure in terms of hypertension, assessing prevalence, treatment and control of hypertension in diverse populations. Very few studies are available dealing with the distribution of blood pressure values in population as percentiles, none of which is from Europe and none of which addresses a wide age range, sex and coexisting cardiovascular risk factors.
Therefore, main aim of this thesis was to examine in detail the distribution of blood pressure of a large cross sectional study sample of 35,869 women and men aged 18-99 years. The second aim was to validate the observed age-effects in the cross-sectional German Metabolic and Cardiovascular Risk Study, in the independent, longitudinal and population-based Heinz Nixdorf Recall study, using baseline and 5 year follow up data of 4,157 men and women, aged 45-75 years.
This study showed an age-related increase of the systolic blood pressure in all percentiles in both men and women, independent of the intake of antihypertensive medication, and/or presence of Cardiovascular Disease (CVD) or CVD risk factors. This is the first study to provide detailed information on the population distribution of blood pressure readings relating to both sexes, very old individuals and CVD risk factors. Furthermore, the age related increase observed in the systolic blood pressure in the cross sectional study could be confirmed for men and women, aged 45-75 years in the independent, longitudinal Heinz Nixdorf Recall study
Improved Performance and Increased Efficiency in Single Screw Extrusion by Alternative Plasticating Concepts
No full textDie innerhalb der vorliegenden Dissertation durchgeführten Arbeiten befassen sich mit der theoretischen und praktischen Untersuchung alternativer Plastifiziertechnik zur Leistungs- und Effizienzsteigerung in der Einschneckenextrusion.
Eine kontinuierliche Steigerung der Schneckendrehzahlen sowie der spezifischen Durchsätze führte in den vergangenen 20 Jahren zu einer deutlichen Erhöhung der Plastifizierleistung von Einschneckenextrudern. Zur Beherrschung der Schmelzetemperaturen schnell laufender Extruder und der Gewährleistung des vollständigen Aufschmelzens bei gesteigerten spezifischen Durchsätzen haben sich die Verfahrenslängen dieser jedoch gleichzeitig deutlich erhöht.
Im Hinblick auf diese Entwicklung besitzen alternative Plastifiziertechniken das Potenzial, die Steigerung der Plastifizierleistung bei gleichzeitig deutlich geringeren Verfahrenslängen in kompakten, schnell drehenden und effizienten Verfahrenseinheiten zu erreichen.
Aus diesem Grund befasst sich diese Arbeit im Schwerpunkt mit der Entwicklung und Erprobung einer Feststoff/Schmelze-Trennung innerhalb der Plastifizierzone zur Steigerung der Aufschmelzrate innerhalb kurzer Verfahrenslänge. Die Abführung der Schmelze aus dem Schneckenkanal unmittelbar nach ihrer Entstehung in einen äußeren Ringspalt bietet dabei zwei grundsätzliche verfahrenstechnische Vorteile. Zum einen wird die Schmelzetemperatur insbesondere bei hohen Drehzahlen nicht durch die überproportional steigende Dissipation auf der Schnecke weiter erhöht. Zum anderen wird nach jetziger Erkenntnis die Vergrößerung der Schmelzefilmdicke im Schneckenkanal und die Entstehung eines Schmelzewirbels verhindert. Die Folge sind sehr hohe Schergeschwindigkeiten und Dissipationsleistungen im sehr dünnen Schmelzefilm, welche die Plastifizierleistung innerhalb der betrachteten Verfahrenslänge im Vergleich zu allen bekannten Plastifiziertechniken und Extruderbauarten im Bereich der Einschneckenextrusion deutlich erhöht.
Innerhalb des Extrusionskonzeptes KoAx-S-Truder (50 mm / 20 D) wird die Feststoff/-Schmelze Trennung in Kombination mit einer separat angetriebenen zweiten Schnecke zur Feststoffförderung hinsichtlich ihres Leistungsvermögens untersucht. Der Einsatz einer von der Plastifizierschnecke unabhängigen Schnecke zur Feststoffförderung ermöglicht den verfahrensbedingten Abfall des spezifischen Durchsatzes mit steigenden Schneckendrehzahlen zu verringern. Innerhalb einer Verfahrenslänge der Feststoff/Schmelze-Trennung von 350 mm können mit Schneckendrehzahlen von 300 1/min Plastifizierleistungen bis zu 270 kg/h für verschiedene Materialien erreicht werden, ohne die Grenzen materialspezifisch kritischer Schmelzetemperaturen zu überschreiten.
Da sich die Homogenisierleistung durch Abführung der Schmelze von der Schnecke und gleichzeitiger Verkürzung der Verfahrenseinheit im Allgemeinen verschlechtert, wird die stoffliche und thermische Homogenität mit Dünnschnitten eingefärbter Extrudate und erstmals unter Zuhilfenahme eines Thermografiekamerasystems untersucht. Das dynamisch arbeitende Wendelschermischteil erzeugt gute stoffliche und thermische Homogenitäten während es gleichzeitig hohe Druckverluste und einen deutlichen Anstieg der Schmelzetemperatur verursacht. Eine Anwendung oberhalb des untersuchten Drehzahlbereichs in High-Speed Anwendungen ist aus diesem Grund ausgeschlossen. Das statisch arbeitende Mischelement verursacht einen nur geringen Anstieg der Schmelzetemperatur bei aber gleichzeitig unzufrieden stellender stofflicher Homogenität. Es wird belegt, dass sich der Einsatz einer Thermografiekamera dazu eignet, die thermische Homogenität der Schmelze mit hoher Auflösung und Genauigkeit während des Extrusionsprozesses zu erfassen und zu bewerten. Rückschlüsse auf die stoffliche Homogenität sind hingegen nur eingeschränkt möglich. Die Identifizierung von spät aufgeschmolzenen Feststoffanteilen, die wiederum eine schlechte stoffliche und thermische Homogenität nach sich ziehen, ist möglich.
Die Übertragung dieser Ergebnisse auf den High-Speed Bereich (>1 m/s) erfolgt in einem direkt angetriebenen alternativen Plastifizierkonzept High-Speed S-Truder (35 mm / 20 D). Mit genutetem Einzugsbereich ist mit steigenden Schneckendrehzahlen ein deutlicher Abfall des spezifischen Durchsatzes zu beobachten, welcher wiederum zu überhöhten Schmelzetemperaturen führt. Mit maximalen Schneckendrehzahlen von 1000 1/min ist der Betrieb im High-Speed Bereich jedoch möglich. Der Druckaufbau findet trotz der kurzen Verfahrenslänge überwiegend über der Schneckenlänge statt.
Die Verwendung einer glatten Einzugszone ermöglicht die Aufrechterhaltung des spezifischen Durchsatzes, wodurch die maximale Schneckendrehzahl auf bis zu 2000 1/min (Umfangsgeschwindigkeit 3,6 m/s) erhöht werden kann. Innerhalb einer Verfahrenslänge von 245 mm sind Durchsätze bis zu 350 kg/h (PE-LD, PP-Homopolymer) und 275 kg (PE-LLD, PE100) bei maximalen Schneckendrehzahlen von 2000 1/min möglich, ohne die materialspezifischen Grenzen der Schmelzetemperaturen zu überschreiten.
Die praktische Untersuchung eines neuartigen, statisch arbeitenden Mischkonzeptes (Siebkorbmischer) und die Ergebnisse von 3D-FEM Simulationen unter Berücksichtigung der Schneckenrotation belegen grundsätzlich die Funktionsweise einer dissipationsarmen Homogenisierung. Das Überschreiten von nicht aufgeschmolzenen Feststoffanteilen über die Grenzen der Feststoff/Schmelze-Trennung hinaus, schränkt die Ergebnisse hinsichtlich der qualitativen Schmelzehomogenität derzeit jedoch noch ein. Zur Sicherstellung der hohen Anforderungen an die thermische und stoffliche Schmelzehomogenität ist der Einsatz dynamisch arbeitender Mischelemente zur Resthomogenisierung notwendig. In dieser Hinsicht sind neuartige dynamische Mischkonzepte notwendig, die im High-Speed Bereich ein Gleichgewicht zwischen den Kriterien Homogenität, Druckverlust und Dissipationsleistung herstellen.
Die Ergebnisse von FVM-Simulationen und praktischen Versuchen zur Schmelzeabfuhr entlang der Plastifizierhülse belegen ein inhomogenes Aufschmelzverhalten. Insbesondere fehlende Erkenntnisse über dich sich ausbildende Schmelzefilmkontur und –dicke ermöglicht eine analytische Beschreibung des Aufschmelzverlaufs innerhalb der Plastifizierhülse derzeit nicht.
Die Ergebnisse einer Energieeffizienzanalyse durch in die Steuerung integrierte Leistungsmesstechnik zeigen niedrige spezifische Energieverbräuche auch bei hohen Schneckendrehzahlen und belegen das Potenzial des High-Speed S-Truders im Vergleich zu konventionellen Einschneckenextrudern.
Die Ergebnisse vielfältiger Arbeiten belegen, dass direkt angetriebene, kompakte und schnell drehende Einschneckenextruder in Durchsatzbereiche größerer Baureihen vordringen können. Die Steigerung der Energieeffizienz von Einschneckenextrudern ist durch eine deutliche Verkürzung der Verfahrenslänge in Kombination mit moderner Antriebstechnik (Direktantrieb) möglich. Die Einhaltung der Schmelzetemperaturgrenzen durch den Einsatz alternativer Plastifiziertechnik erlaubt zusätzlich den Verzicht auf eine aktive Kühlung des isolierten Zylinders mit Ausnahme des Einzugsbereichs.The content of this dissertation deals with theoretical and practical analytics of alternative plastification concepts to increase plasticating capacity and efficiency within single screw extrusion. A continuous increase of screw speeds and specific throughputs caused a significant increase of plasticating capacity within the past 20 years. To control maximum melt temperatures in High-Speed Extruders and to assure a complete melting under high specific throughputs the process lengths increased at the same time.
With regard to this aspect, alternative plasticating concepts offer the potential to increase plasticating capacity within significantly shortened process lengths in compact, high-speed and efficient processing units.
For this reason this work is focused on the development und proving of a solid/melt separation within the plasticating zone to increase the plasticating capacity within shortened process length. The removal of melt from the screw directly after transition into an outer annular channel has two significant procedural advantages. First of all the melt temperature especially for high screw speeds is not increased further more to the disproportionate increase of dissipation within the screw. In addition based on present knowledge the increase of melt film thickness in screw channel and the formation of a melt poll can be prohibited. High shear rates and dissipation capacities within the fine melt film lead to higher plasticating capacities compared to all known plasticating concepts and extruder designs.
In combination with a separately driven feeding screw the solid melt separation is under examination for maximum plasticating capacities within the extrusions concept KoAx-S-Truder (50 mm / 20 D). By the use of an independent working feeding screw the decrease of specific throughput, which forces an increase of melt temperature at the same time, under high screw speed can be prohibited in a wide manner. Within a process length of 350 mm different types of materials are plasticated with maximum throughputs of 270 kg/h and screw speeds up to 300 rpm. The maximum melt temperatures can be kept material specific in recommended range.
Due to the removal of melt out of the screw and the short process length the homogenization performing is reduced. In this respect the material and thermal homogeneity is investigated by cross sections of the colored melt string and first-time by a thermal imaging camera. The homogeneity of the dynamic working mixer is excellent but the pressure loss and increase of melt temperature is large at the same time. Therefore a use of this mixer for high speed extrusion applications is not possible. The static working mixer shows poor material homogeneity and a mean increase in melt temperature. By the use of a thermal imaging camera the thermal homogeneity can be measured and analyzed in high definition and accuracy during the plasticating process. Conclusions on material homogeneity are limited at the same time. The identification of material which is melted late is possible due to its poor material and thermal homogeneity.
The transfer of this research results to higher screw speeds (>1 m/s) is done by developing a new direct driven extrusion concept High-Speed S-Truder (35 mm / 20 D). Using a grooved feeding section a clear decrease of specific throughput is noticed, followed by a significant increase of melt temperature. A use for high speed applications with maximum screw speeds is possible after all. Despite of the short process length the pressure build up along screw is dominant to the feeding section. Using of a smooth feeding section the maintenance of the specific throughput can be ensured. Therefore the limit of maximum screw speed can be increased to 3,6 m/s. Within a process length of 245 mm throughputs of 350 kg/h (PE-LD, PP-Homopolymer) and 275 kg (PE-LLD, PE100) are possible without exceeding the material specific maximum melt temperatures.
Practical tests and 3D-FEM simulations under consideration of a rotating screw prove the operating behavior of a new statically working mixing element (Siebkorbmischer). However the use of this mixing concept is limited by the mean proportion of solid material which is actually passing the solid/melt separation. To ensure the high demand on material and thermal melt homogeneity the use of a dynamic working mixing element is necessary. In this matter new types of dynamic mixers for High-Speed applications have to be developed, which makes a balance between homogeneity, pressure loss and dissipation capacity possible.
The results of FEM simulations and practical tests concerning the removal of melt out of screw along the solid/melt separation shows an inhomogeneous melting behavior. In particular the weak knowledge of the forming melting film contour and thickness makes an analytical description of the melting process not possible.
The results of an energy efficiency analysis by integrated power measurement equipment show low specific power consumption and document the potential of the High-Speed S-Truder compared to standard single screw extruders.
The results of manifold research activities document that direct driven, compact and high speed single screw extruder can penetrate throughput levels of higher class extruder. By reducing the process length and the use of state of the art drive technology (direct drive) the efficiency of single screw extruders can be increased. Keeping the melt temperatures on certain low levels using alternative plasticating concepts, the need of active cooling of the insulated barrels is not necessary with exception of the feeding section
Long-term effects of the frame conditions of parental divorce on depressive and (psycho) somatic symptoms among adults, who had experienced parental divorce in childhood
No full textEine Trennung bzw. Scheidung der Eltern bedeutet für das Kind, dass die Familie nicht mehr unter einem Dach, sondern getrennt lebt. Dies ist für das Kind oft schmerzhaft. Vor, während und nach der Trennung bzw. Scheidung entsteht eine Vielzahl von damit verbundenen Rahmenbedingungen, neuen Veränderungen und Beziehungen, auf sie sich sowohl Eltern als auch Kinder einstellen müssen.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der langfristigen Auswirkungen einer Reihe von Rahmenbedingungen der elterlichen Scheidung in der Kindheit auf sowohl das psychische als auch physische Wohlbefinden der betroffenen Kinder im jungen Erwachsenenalter. Somit ist es ein wesentliches Ziel dieser Untersuchung, herauszufinden, ob und welche Scheidungsmerkmale langfristig mit dem Auftreten von depressiven und somatischen Symptomen bei betroffenen Erwachsenen korrelieren. Weiterhin wird untersucht, ob es dabei geschlechtsspezifische Unterschiede gibt. Die Untersuchung wurde daher unter Studierenden aus Scheidungsfamilien durchgeführt. Hierfür umfasste die Stichprobe 89 Studenten, die die Trennung bzw. Scheidung ihrer Eltern in der Kindheit (bis 12 Jahren alt) erlebt hatten. Das durchschnittliche Alter der Befragten lag bei der Trennung bzw. Scheidung der Eltern bei 6,5 Jahren und zum Zeitpunkt der Studie bei 23,5 Jahren. Das bedeutet, dass die vorliegende Studie die Folgen der Rahmenbedingungen elterlicher Trennung/Scheidung im Durchschnitt 17 Jahre nach der Scheidung untersucht.
Die Erhebungsinstrumente dieser vorliegenden Untersuchung bestanden aus drei Teilen, nämlich erstens ein Fragebogen, der von der Autorin entwickelt wurde, um Daten über persönliche Merkmale der Befragten und über Rahmenbedingung elterlicher Trennung/Scheidung zu erfassen. Zweitens kam die Allgemeine Depressions Skala (ADS) zum Einsatz, um depressive Symptome bei den befragten Personen zu untersuchen. Zusätzlich zu diesen beiden Instrumenten wurde die Freiburger Beschwerdenliste (FBL) zur Erfassung der Häufigkeit bzw. Intensität körperlicher Beschwerden bei den Befragten angewendet.
Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung zeigten, dass es Zusammenhänge zwischen bestimmten elterlichen Scheidungsmerkmalen und dem Auftreten von depressiven und körperlichen Symptomen bei betroffenen Kindern im Erwachsenenalter gibt.
Die Scheidungsbedingungen, die am deutlichsten positiv mit dem Auftritt von depressiven bzw. somatischen Symptomen korrelieren, sind:
• Streitereien zwischen Eltern vor der Scheidung, die Gewalt begleitet sind;
• das Erleben der elterlichen Scheidung im Grundschulalter;
• die Übernahme des Sorgerechts durch den Vater /das gemeinsame Sorgerecht;
• Umzüge wegen Scheidung;
• häufige Konflikte zwischen Eltern nach der Scheidung;
• die Übernahme von Verantwortung für den Vater nach der Scheidung;
• die Anwesenheit der Halbbrüder.
Während von den Scheidungsbedingungen, die negativ mit dem Auftritt von depressiven bzw. somatischen Symptomen korrelieren, sind:
• Die Gespräche mit dem Kind über die nach der Scheidung neuen Veränderungen;
• die Übernahme des Sorgerechts für die Kinder durch die Mutter;
• die Berufstätigkeit von Müttern nach der Scheidung;
• die gute Qualität der Beziehung zum nicht sorgeberechtigten Elternteil sowie die Häufigkeit der Besuchszeiten des getrennt lebenden Elternteils;
• die gute Qualität der Beziehung zum Stiefvater;
• die gute Qualität der Beziehung zum Familienkreis der Mutter nach der Scheidung;
• die soziale Unterstützung nach der Scheidung.
Ein konkretes Ergebnis der Studie ist die erhebliche langfristige positive Auswirkung der Berufstätigkeit von Müttern nach der Scheidung auf das psychische und physische Wohlbefinden der betroffenen Erwachsenen.
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie haben auch angezeigt, dass es geschlechtsspezifische Unterschiede bezüglich der langfristigen Einflüsse von elterlichen Scheidungsbedingungen auf das Auftreten von depressiven sowie körperlichen Symptomen bei den Probanden gibt. Aber wichtig hervorzuheben sind die positiven Einflüsse der Erwerbstätigkeit der Mutter nach der Scheidung, der guten Beziehung sowie des häufigen Kontakts zum nicht sorgeberechtigten Elternteil und der Unterstützung von Verwandten auf die psychische und körperliche Verfassung beider Geschlechter.The present study conserns on the investigation of long-term consequences of frame conditions of parental divorce on mental and physical well-being of children in young adulthood. Thus, it is a major goal of this study to find out whether and which conditions of parental divorce are correlated with an occurrence of depressive and somatic symptoms among adult children and secondly if there are gender-related differences.
A sample consisted of 89 university students who had experienced the parental separation or divorce in childhood (before 13 years of age). An average age of students was 6.5 years at the time of parental separation/divorce and an average age of students was 23.5 years at the time of their participation in this study.
For achieving the goal of this study, three questionnaires are used
1. A questionnaire to collect Information on the framework conditions of the
parental separation/divorce.
This questionnaire is developed by the author of this study. The developed questionnaire includes questions about family background und personal characteristics. The family background includes questions related to the frame conditions during the phases of the parental divorce, namely, pre- divorce, transition, and post-divorce.
The questions of this related questionnaire are for example about pre- and post-divorce conflicts, the custody arrangement, the contact between nonresident fathers and children, economic status, remarriage, social support from relatives and friends, etc.
2. Allgemeine Depressionsskala (ADS) as measurement of the depressive
symptoms.
3. Freiburger Beschwerdenliste (FBL) as measurement of the psychosomatic symptoms.
The results of this study show that there are correlations between specific conditions of the parental divorce and depressive and physical symptoms among adult children.
Many divorce conditions are positively correlated with appearance of depressive symptoms and somatic symptoms such as:
• huge parental marital conflict prior to divorce,
• father custody / joint custody,
• taking the child the responsibility for his parents after the divorce,
• moving,
• frequency of post-divorce conflict.
While the conditions, which are negatively related to depressive and somatic symptoms include for example,
• The conversations between parents and child about new and expected changes after the divorce,
• mothers' custody,
• the employment of mothers after divorce,
• frequency of visitation of the noncustodial parent and the good relationship with the noncustodial parent,
• good relationship with the stepfather,
• the presence of step-brothers, and
• support from relatives.
An important concrete result of this study is that the significant long-term positive effect of the employment of mothers after divorce on the mental and physical well-being among subjects of both genders.
This study show statistically significant gender differences with respect to some relationships between the frame conditions of parental divorce and depressive and somatic symptoms.
The study reveal that factors of parental divorce such as experience parental divorce in pre-school age, joint custody, the remarriage of the mother and the presence of half-brothers, are positively correlated with somatic symptoms among subjects of females and males.
Furthermore, the findings show that the quality of current relationship of the Participants with their mothers are better than with their fathers
Rolle des angeborenen Immunsystems in der Colitispathogenese bei MDR1A-Defizienz
No full textGenetische Variationen des humanen ABCB1/MDR1-Gens sind mit erhöhter Suszeptibilität für CU assoziiert und MDR1A-defiziente Mäuse entwickeln eine CU-ähnliche, chronische Spontancolitis. Bis jetzt ist die Rolle des angeborenen Immunsystems, im speziellen der TLRs, in der Colitispathogenese bei MDR1A-Defizienz noch nicht untersucht worden.
In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass TLR2 bei MDR1A-defizienter Colitis eine protektive Funktion ausübt:
Deletion von TLR2 führte zu einer deutlichen Exazerbation der Colitis, während Stimulation von TLR2 die Colitisentwicklung bei MDR1A KO-Mäusen verzögerte.
Doppel-Defizienz von TLR2 und MDR1A führte zu frühzeitiger Rekrutierung von Immunzellen in die intestinale LP und zu Th1-vermittelter Immunantwort. Der dominante Zelltyp in der entzündeten intestinalen Mukosa von TLR2/MDR1A dKO-Mäusen waren CD11b+-Zellen, die als Hauptquelle für die IL-1β-Produktion identifiziert werden konnten.
Des Weiteren konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass MDR1A-defiziente Makrophagen auf LPS-Stimulation in Abwesenheit von TLR2 mit übermäßiger Produktion von IL-1β reagierten. Auch TLR2/MDR1A doppel-defiziente intestinale
T-Zellen wiesen eine Hyperreaktivität auf, die mit erhöhter basaler IL-12-Produktion assoziiert war.
Die Colitisentwicklung bei TLR2/MDR1A dKO-Mäusen erfolgte kommensal-abhängig und konnte durch prophylaktische Antibiose vollständig verhindert werden. Therapeutische Antibiose milderte die Colitis deutlich ab, aber die Th1-Polarisierung in der intestinalen Mukosa war trotz Behandlung nicht komplett reversibel.
Die TLR2/MDR1A dKO-Colitis erfolgte vollständig MyD88-abhängig und zum Teil IL-1R-abhängig.
Die Daten dieser Studie legen nahe, dass TLR2 durch seine mukosa-protektive Funktion ein mögliches Ziel zur therapeutischen Behandlung von humaner CU darstellen könnte.Genetic variations of the human ABCB1/MDR1 gene have been associated with increased susceptibility to ulcerative colitis (UC) and MDR1A-deficient mice develop a spontaneous colitis, which resembles UC in humans. Until now the role of the innate immune system, specifically of TLRs, in the pathogenesis of MDR1A-deficient colitis remains to be elucidated.
This study is the first to show, that TLR2 has a protective function in MDR1A KO colitis:
Deletion of TLR2 led to a more fulminant colitis, while activation of TLR2 delayed the onset of colitis development in MDR1A KO mice.
TLR2/MDR1A double deficiency led to an early recruitment of immune cells into the intestinal LP and a shift towards a Th1-immune response. The dominating cell type in the inflamed mucosa of TLR2/MDR1A dKO mice were CD11b+ cells. These cells were identified as the major source for IL-1β production.
Furthermore this study demonstrated that MDR1A-deficient macrophages showed an overproduction of IL-1β in response to LPS-stimulation in the absence of TLR2. Intestinal T-cells also displayed a hyperreactivity, which was reflected by an increased basal production of IL-12.
The colitis development of TLR2/MDR1A dKO mice was commensal-dependent, as it was completely inhibited by prophylactic antibiotic treatment. Therapeutic antibiotic treatment ameliorated colitis but was not able to completely reverse the Th1-polarization.
The TLR2/MDR1A dKO colitis was fully MyD88-dependent and in part dependent upon IL-1R-signaling.
Because of its mucosa-protective function, TLR2 could represent a potential future target for therapy of ulcerative colitis
Structural and phylogenetical analysis of the archaeal parvulin NmPin from Nitrosopumilus maritimus
No full textDer cis/trans-Übergang von Xaa-Pro-Peptidbindungen benötigt bei moderaten Temperaturen einer Katalyse. Die Proteine, welche für diese Katalyse zuständig sind, die Peptidyl-Prolyl-cis/trans-Isomerasen (PPIasen) werden in drei sich in Primärsequenz, Sekundärstruktur und Funktionsweise unterscheidende Proteinfamilien eingeteilt. Zwei dieser Familien werden aufgrund ihrer Interaktion mit Immunsuppressiva als Immunophiline bezeichnet; die Cyclophiline binden Cyclosporin A, die FKBP (FK506 Bindeproteine) Tacrolimus.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der dritten PPIase-Familie, den Parvulinen. Der bestuntersuchte Vertreter dieser Familie hPin1 ist sowohl beteiligt an der Ausbildung neurodegenerativer Erkrankungen, wie Morbus Alzheimer und Morbus Parkinson, als auch am Alterungsprozess und der Entstehung zahlreicher Tumorarten. Trotz einer Vielzahl struktureller Studien, an Parvulinen aus Eukarya, Bacteria und Fungi, blieb der Mechanismus der Peptidyl-Prolyl-cis/trans-Isomerisierung durch die Parvuline ungeklärt. Im letzten Jahrzehnt stieg die Zahl gelöster archaealer Genome sprunghaft an und einige dieser Genome trugen auch Parvuline des Par10-Typ (single domain Parvulin). Um einen Beitrag zur Auflösung des Isomerisierungsmechanismus der PPIC-Typ-PPIasen zu leisten wurde das Parvulin des einzigen kultivierbaren Archaeen welcher ein Parvulingen codiert, Nitrosopumilus maritimus, für diese Arbeit gewählt.
Es konnte gezeigt werden, dass die archaealen und bakteriellen sdPar, sowohl durch phylogenetische Ansätze, als auch durch Experimente maschinellen Lernens voneinander unterschieden werden können. Des Weiteren wurde klar, dass die archaealen Parvuline ein echtes, „urtümliches“ Phylum darstellen und nicht etwa durch horizontalen Gentransfer aus Bacteria entstanden sind. Die verwendete Maximum Likelihood-Phylogenie lieferte in Kombination mit dem genetischen Hintergrund des archaealen Parvulingens sehr brauchbare evolutionäre Information. Die Datenbankanalysen ergaben zudem eine Korrelation zwischen hohen Lebensraumtemperaturen und geringen PPIase-Repertoire.
Die NMR-Struktur von NmPin, mit einer Auflösung über alle Atome von 0,80 Å, wies das typische β3αβα2β-Parvulinfaltungsmuster, sowie ein, in früheren Studien bereits für Par14 und PrsA gezeigtes, Ladungsnetzwerk im aktiven Zentrum auf. Untersuchungen des elektrostatischen Potentials zeigten, das NmPin über eine positive geladene Interaktionsfläche verfügt, in deren Mitte ein reduziertes Cystein sitzt. Diese Beobachtung, sowie die Vorhersage eine möglichen Palmitylierung dieses Cysteins und immunobiochemische Experimente mit N. maritimus-Lysat, wiesen darauf hin, dass NmPin ein Membranprotein sein könnte.Cis/trans-isomerisation of Xaa-Pro-bonds depends on catalysis. The proteins responsible for this catalysis, the peptidyl-prolyl-cis/trans-isomerases (PPIases), are separated in three protein families, which differ in primary sequence, secondary structure and functionality. Two of these families are grouped as immunophilins because of their interaction with immunosuppressants; cyclophilins bind cyclosporin A, FKBPs (FK506 binding proteins) bind tacrolimus.
This work deals with the third family of PPIases, the parvulins. The most studied parvulin, Pin1, is involved in the development of neurodegenerating diseases like Morbus Alzheimer and Morbus Parkinson as well as in aging and the development of many kinds of tumors. Despite numerous structural studies with parvulins from Eukarya, Bacteria and Fungi the mechanism of peptidyl-prolyl-cis/trans-isomerisation remained unsettled. During the last decade the number of solved archaeal genomes jumped up and some of these new genomes included Par10-type parvulins (single domain parvulins). To contribute in the elucidation of PPIC-type-PPIases isomerisation mechanism, the parvulin out of the only cultivatable Archaea including one, Nitrosopumilus maritimus, has been chosen for this work.
The possibility to separate archaeal from bacterial sdPars by using phylogenetics as well as machine learning approaches has been shown. Furthermore the evolution of archaeal parvulins through events of horizontal gene transfer could be excluded. The applied maximum likelihood phylogeny combined with genetic background analysis of the archaeal parvulin gene delivered satisfying information. Searching data bases led to a correlation between high living temperatures and small PPIase repertoires.
NmPin’s NMR structure, exhibiting a 0.80 Å resolution over all atoms, showed the parvulin typical β3αβα2β-fold as well as a charge relay system in the catalytic centre that Par14 and PrsA showed in former studies. Examining the electrostatic potential of NmPin’s surface illustrated a positively charged interface bearing a central reduced cysteine. This fact as well as the prediction of a potential palmitoylation of this cysteine and immunobiochemical approaches with N. maritimus lysate gave evidence for NmPin to be a membrane associated protein
From small monomers with orthogonal binding interactions to metallo-supramolecular polymers
No full textDie vorliegende Arbeit beschreibt eine neue Klasse von orthogonal schaltbaren supramolekularen Polymeren, die in polaren Lösemitteln (z.B. DMSO oder Wasser) stabile Architekturen ausbilden können. Hierzu wurden neuartige heteroditopische Monomere synthetisiert, die zwei unabhängig voneinander beeinflussbare nicht kovalente Bindungsstellen aufweisen.
Der Ausgangspunkt zur Synthese dieses neuen Typs von Monomer war ein in der Arbeitsgruppe Schmuck entwickeltes selbstkomplementäres Zwitterion, dass mit verschiedenen Metall-Ligand-Bindungstellen verknüpft werden musste.
Ein erstes Beispielmonomer und das daraus entstehende lineare Metallo-supramolekulare Hauptkettenpolymer wurden erfolgreich dargestellt und analysiert. Insgesamt konnte mit Hilfe verschiedener Messmethoden (z.B. DOSY, Kapillarviskosimetrie, KryoTEM, AFM) gezeigt werden, dass das Monomer bei einem pH-Wert von 5-7 und nach Zugabe von Eisen(II)chlorid stabile molekulare Polymerstränge in polaren Lösemitteln (DMSO, Wasser) ausbildet. Zudem wurde aufgeklärt, dass die Polymerisation nach einem Ring-Ketten Mechanismus verläuft und sich die einzelnen Polymerstränge in Lösung zu größeren globulären Aggregaten zusammenlagern. Der Polymerisationsgrad ist von der Temperatur abhängig d.h. je höher die Temperatur desto kürzer die Kettenlänge. Die reversible Beeinflussung der orthogonalen Bindungen des Polymers konnte durch Veränderung des pH-Wertes (
The starting point for the synthesis of this new type of monomer was a self complementary zwitterion, which had been developed in the research group Schmuck. This zwitterion had to be connected with different metal-ligand binding sites.
A first target monomer and the resulting linear metallo-supramolecular polymer were successfully synthesized and analyzed. With the help of various measurement techniques (for example, DOSY, capillary viscometry, KryoTEM AFM) it could be shown, that the monomer forms at a pH of 5-7 and after the addition of iron (II) chloride stable molecular polymer strands in polar solvents (e.g. DMSO, water). Further it could be shown that the polymerization follows a ring-chain mechanism. The individual polymer strands assemble to larger globular aggregates in solution. The degree of polymerization is dependent on the temperature that is the higher the temperature, the shorter the chain length. The two binding interactions could be reversibly influenced by changing the pH (<5) and by addition of the metal competing chelating ligand HEEDTA
Location-aware and Cooperative Communication in an OFDM based Ultra-wideband Radio System
No full textDie auf dem orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) basierende Ultra-Breitband-(UWB, Ultra-wideband) Technologie stellt eine verheißungsvolle Technologie dar, um hohe Datenübertragungsraten und Lokalisierungs- und deren Tracking-Anwendungen zu realisieren. Im Gegensatz zu anderen Systemen ist die Reichweite von OFDM UWB Systemen durch eine strenge Regulierung sehr stark begrenzt. Darüber hinaus ist die Lokalisierung nicht zufriedenstellend. Damit sind bereits die beiden größten Nachteile im Bezug auf bestehende OFDM UWB System benannt. Die Motivation und Hauptaufgabe dieser Arbeit ist damit die Lösung der eben genannten Nachteile.
Es wird ein OFDM UWB System vorgestellt, das Space Frequency Block Coding (SFBC) und FFH OFDM miteinander verbindet. Dieses vereinte System wertet die räumliche und frequentielle Diversität eines OFDM-Symbols aus und zeigt dabei eine hohe Güte in der Punkt-zu-Punkt Kommunikation. Beim Design von kooperativen UWB-Systemen wird ein AF-(Amplify-and-Forward) basiertes echtzeitfähriges SFBC-TFC (Time Frequency Code) Protokoll vorgestellt. In Kombination mit den oben genannten Strategien, kann eine Erhöhung in den Reichweite von OFDM UWB Systemen erreicht werden.
In den Ausführungen zur Ortung anhand von OFDM UWB Signalen wird ein Algorithmus entwickelt, der aufgrund einer Kanalschätzung eine Minimierung des Phasenversatzes zwischen geschätztem und realem Kanal im Frequenzbereich durchführt. Diese Minimierung erwirkt eine Unterdrückung der Energie am Ende der Kanalimpulsantwort (CIR, Channel Impulse Response) im Zeitbereich. Zum Zweck der einfachen Implementierbarkeit wird das RTT (Round-Trip-Time) Messprotokoll in WiMedia UWB Systemen dahingehend verändert, dass das mobile Gerät keine Minimierung vornimmt. Es leitet seine Informationen an das mit ihm Kommunizierende, stationäre Gerät weiter, das direkt den gesamten Zeitversatz innerhalb des RTT berechnet. Der vorgeschlagene Algorithmus und das vorgeschlagene Protokoll haben ein besseres Ortungsvermögen als bekannte UWB Lokalisierungsprozeduren und bedürfen nur etwas zusätzlicher Berechnungsleistung.
Diese Arbeit zeigt, dass Systeme mit hohen Datenraten wie OFDM UWB auch eine gute Lokalisierungsgenauigkeit erreichen können. Zusätzlich ist die Schwachstelle einer limitierten Reichweite ebenso kompensiert worden. Diese Erweiterungen dienen der Entwicklung von nützlichen UWB-Applikationen und sichern den Anteil der OFDM UWB Technik im Markt der drahtlosen Kommunikationssysteme der Zukunft.The Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) based Ultra-wideband (UWB) is one of the most promising technologies for high data rate transmission and localization and tracking applications. However, the restricted transmit power causes a shorter communication range compared to other indoor radio systems. In addition, the ranging functionality is still not well supported by the current OFDM based UWB technology. These two drawbacks are the main disadvantages existing in the current OFDM UWB systems. To get rid of the two drawbacks, is the motivation and main task of this thesis.
Within the scope of this thesis, a joint design of Space Frequency Block Coding (SFBC) with Fast Frequency Hopping (FFH) OFDM scheme is investigated in a multiple antenna OFDM UWB system. The joint scheme is able to exploit spatial and frequency domain diversity within one OFDM symbol, and can improve the data transmission quality in point-to-point communication. To the cooperative communication in UWB systems, an Amplify-and-Forward (AF) based distributed SFBC-TFC (Time Frequency Code) protocol is designed. In combination with the aforementioned strategies an increase in the communication range is achieved.
Within the scope of this thesis, accurate ranging schemes for the OFDM UWB systems are designed. Fine ToA detection method based on the estimated channel is developed. The fine ToA is estimated by minimizing the accumulated energy of the tail taps of the estimated Channel Impulse Response (CIR). For the purpose of a feasible implementation, the Round-Trip-Time (RTT) measurement protocol in [WiM09] is modified in a way that the complicated computational tasks are burden onto the powerful device. The proposed fine ToA detection method and modified RTT protocol provides an accurate ranging capability and ensures feasible implementation to the MB-OFDM UWB systems. In carrying out this scheme, only some computational tasks are needed, no extra hardware support is required.
It is shown in this thesis, OFDM UWB systems with very high data rate transmission and good ranging capability could be achieved, and the weakness of limited communication range is also compensated. These improvements will cause the rise of more valuable UWB applications for customers and ensures a bright future for the OFDM UWB technique
Kottwitz-Rapoport- und p-Rang-Strata in der Reduktion von Shimura-Varietäten vom PEL-Typ
No full textWe compare the Kottwitz-Rapoport and the p-Rank stratification in the reduction of Shimura varieties of PEL type. We show that the p-rank is constant on KR strata in the case of Iwahori level structure and prove, under an additional technical assumptions, a uniform, group theoretic formula for its value. In the case of a sympletic or a unitary PEL datum we prove more explicit formulas and deduce some corollaries, like a formula for the dimension of the p-rank 0 locus in the case of a unitary PEL datum associated with an imaginary quadratic extension of the field of rational numbers in which p splits.Wir vergleichen die Kottwitz-Rapoport- und die p-Rang-Stratifizierung in der Reduktion von Shimura-Varietäten vom PEL-Typ. Wir zeigen, dass der p-Rang im Falle von Iwahori-Niveaustruktur konstant auf KR-Strata ist und beweisen unter einer milden technischen Zusatzvoraussetzung eine einheitliche, gruppentheoretische Formel für seinen Wert. Im Falle eines symplektischen oder unitären PEL-Datums beweisen wir anschließend konkretere Formeln und leiten einige Folgerungen ab, wie etwa eine Formel für die Dimension des p-Rang 0 Ortes in einer unitären Shimura-Varietät zu einer imaginär quadratischen Erweiterung des Körpers der rationalen Zahlen, in der p spaltet