Theoretisch fundierte systematische Entwurfsverfahren für abstimmbare Mehrtorantennensysteme

Infolge der dramatischen Zunahme des mobilen Datenaufkommens besteht ein dringender Bedarf das für die Mobilkommunikation verfügbare Spektrum zu erweitern (Millimeterwellen), insbesondere aber auch den Bereich der klassischen Mobilfunkspektrums (< 6 GHz) vollständiger und effektiver zu nutzen. In der Perspektive wird dieser Bereich unter Verwendung von Techniken wie intraband- und interband carrier aggregation (CA) sowie opportunistischem Spektrumszugriff (Dynamic Spectrum Access, License Assisted Access) nahezu vollständig für die Mobilkommunikation genutzt werden. Für mobile Antennensysteme, deren Momentanbandbreiten aufgrund des verfügbaren Bauvolumens grundsätzlich beschränkt sind, ist daher digitale elektronische Abstimmbarkeit von größter Bedeutung. Im Mittelpunkt des Interesses stehen dabei abstimmbare Mehrtorantennensystemen, die MIMO-Übertragungstechniken mit einer größeren Anzahl von Antennentoren, z.B. 4 oder 8 Toren unterstützen. Techniken zur elektronischen Abstimmung von Einzelantennen sind darauf nicht unmittelbar übertragbar, da nicht nur die Anpassung an einzelnen Antennentoren sondern auch die Entkopplung der Antennentore über den gesamten Abstimmbereich zu gewährleisten ist. Theoretisch fundierte systematische Entwurfsverfahren für breitbandig abstimmbare Mehrtorantennensysteme lagen bisher nicht vor. In der vorliegenden Arbeit wird ein Entwurfsverfahren für breitbandig abstimmbare Mehrtorantennensysteme entwickelt das auf einen möglichst großen Abstimmbereich ohne Beeinträchtigung der Isolation zwischen den Antennentoren, auf hohe Momentanbandbreiten über den gesamten Abstimmbereich und auf möglichst geringe Komplexität des erforderlichen Speisenetzwerks abzielt. Das Verfahren baut auf der Theorie Charakteristischen Moden leitender Körper auf und nutzt diese zum gezielten Entwurf der Strahlungsmoden (radiation modes) des Antennensystems. Es wird gezeigt, dass ein Entwurfsansatz, der unter gezielter Nutzung von Symmetrien die Invarianz der Streuparameter des Antennensystems unter Permutationen der Indices der Speisetore sichert, und damit frequenzunabhängige Strahlungsmoden, die Realisierung breitbandig abstimmbarer Mehrtorantennensysteme moderater Komplexität gestattet. Das vorgeschlagene Entwurfsverfahren wird am Beispiel eines 4-Tor Antennensystems für ein Gerät mit dem Formfaktor einer Femto-Cell Basisstation im Frequenzbereich von 470MHz bis 790MHz illustriert. In diesem Zusammenhang werden auch systematische Verfahren zum Entwurf breitbandiger Anpassungs- und Entkoppelnetzwerke entwickelt. Das Entwurfsverfahren wird durch umfangreiche Messungen an Prototypen, die auch im Rahmen Demonstrationsplattform für kognitive Kommunukationssysteme zum Einsatz kamen, validiert.Due to the dramatic increase of mobile data traffic, there is an urgent need to extend the available spectrum for mobile communications (millimeter waves), but in particular also to use the classical mobile spectrum (< 6 GHz) in a more exhaustive and effective way. By employing techniques such as intraand inter-band carrier aggregation (CA), and opportunistic spectrum access (Dynamic Spectrum Access, License Assisted Access), this portion of the spectrum will be almost completely occupied for mobile communications. For mobile antenna systems, whose instantaneous bandwidths are fundamentally limited by available volume, the consequence is that digital tunability becomes a topic of uttermost relevance. Interest focuses on tunable multi-port antenna systems, which support Multiple Input – Multiple Output (MIMO) transmission techniques with a substantial number of antenna ports, e.g. 4 or 8 ports. Approaches for electrical tuning of single antenna elements are not directly applicable in this context, since not only the match of individual ports, but also the de-coupling of antenna ports must be assured over the full tuning range. Theoretically substantiated, systematic design procedures for wideband tunable multi-port antenna systems were hitherto not available. In the present thesis, a design methodology for wideband tunable multi-port antenna systems is derived. It aims at achieving the largest possible tuning range without compromising isolation between antenna ports, at large instantaneous bandwidth for any selected tuning state, and with the lowest possible complexity of the required feed network. The approach builds on the Theory of Characteristic Modes of conducting bodies and makes use of them for a systematic design of the Radiation Modes of the antenna system. It is shown that a design approach which, by purposeful exploitation of symmetries, assures invariance of the antenna system’s scattering parameters under permutations of port indices and thereby frequency independent Radiation Modes. The property of frequency independent Radiation Modes permits the realization of wideband tunable multi-port antenna systems of moderate complexity. The proposed methodology is illustrated by designing a 4-port antenna system on a femto-cell form factor device for the frequency range from 470MHz to 790MHz. In this context, systematic procedures for the design of the required wideband tunable matching networks and decoupling networks are also presented. The complete design approach is validated by extensive measurement results from prototypes which were also successfully used in demonstration platform for cognitive radio systems

Computer-assisted understanding of stance in social media: formalizations, data creation, and prediction models

Stance can be defined as positively or negatively evaluating persons, things, or ideas (Du Bois, 2007). Understanding the stance that people express through social media has several applications: It allows governments, companies, or other information seekers to gain insights into how people evaluate their ideas or products. Being aware of the stance of others also enables social media users to engage in discussions more efficiently, which may ultimately lead to better collective decisions. Since the volume of social media posts is too large to be analyzed manually, computeraided methods for understanding stance are necessary. In this thesis, we study three major aspects of such computer-aided methods: (i) abstract formalizations of stance which we can quantify across multiple social media posts, (ii) the creation of suitable datasets that correspond to a certain formalization, and (iii) stance detection systems that can automatically assign stance labels to social media posts. We examine four different formalizations that differ in how specific the insights and supported use-cases are: Stance on Single Targets defines stance as a tuple consisting of a single target (e.g. Atheism) and a polarity (e.g. being in favor of the target), Stance on Multiple Targets models a polarity expressed towards an overall target and several logically linked targets, and Stance on Nuanced Targets is defined as a stance towards all texts in a given dataset. Moreover, we study Hateful Stance, which models whether a post expresses hatefulness towards a single target (e.g. women or refugees). Machine learning-based systems require training data that is annotated with stance labels. Since annotated data is not readily available for every formalization, we create our own datasets. On these datasets, we perform quantitative analyses, which provide insights into how reliable the data is, and into how social media users express stance. Our analysis shows that the reliability of datasets is affected by subjective interpretations and by the frequency with which targets occur. Additionally, we show that the perception of hatefulness correlates with the personal stance of the annotators. We conclude that stance annotations are, to a certain extent, subjective and that future attempts on data creation should account for this subjectivity. We present a novel process for creating datasets that contain subjective stances towards nuanced assertions and which provide comprehensive insights into debates on controversial issues. To investigate the state-of-the-art of stance detection methods, we organized and participated in relevant shared tasks, and conducted experiments on our own datasets. Across all datasets, we find that comparatively simple methods yield a competitive performance. Furthermore, we find that neuronal approaches are competitive, but not clearly superior to more traditional approaches on text classification. We show that approaches based on judgment similarity – the degree to which texts are judged similarly by a large number of people – outperform reference approaches by a large margin. We conclude that judgment similarity is a promising direction to achieve improvements beyond the state-of-the-art in automatic stance detection and related tasks such as sentiment analysis or argument mining.Stance (dt: Haltung, Position oder Standpunkt) bezeichnet die positive oder negative Evaluation von Personen, Dingen oder Ideen (Du Bois, 2007). Versteht man den Stance, den Menschen in den sozialen Medien zum Ausdruck bringen, eröffnen sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten: Auf der einen Seiten können Regierungen, Unternehmen oder andere Informationssuchende Einblicke darüber gewinnen, wie Menschen ihre Entscheidungen, Ideen oder Produkte bewerten. Auf der anderen Seite können Social Media Nutzer, denen der Stance anderer Nutzer bekannt ist, effizientere Diskussionen führen und letztendlich bessere kollektive Entscheidungen treffen. Da die Anzahl der in sozialen Medien getätigter Beiträge zu hoch für eine manuelle Analyse ist, sind computergestützte Methoden zum Verständnis von Stance notwen- dig. In dieser Arbeit untersuchen wir drei Hauptaspekte solcher computergestützten Methoden: (i) abstrakte Stance Formalisierungen, die sich über mehrere Social Media Beiträge hinweg quantifizieren lassen, (ii) die Erstellung geeigneter Datensätze, die einer bestimmten Formalisierung entsprechen, und (iii) automatische Systeme zur Erkennung von Stance, die Social Media Beiträgen ein Stance Label zuordnen können. Wir untersuchen vier verschiedene Formalisierungen, die sich darin unterscheiden, wie spezifisch die Erkenntnisse sind, welche sie bei der Analyse von Social Media Debatten liefern: Stance gegenüber einzelnen Targets definiert Stance als ein Tupel, welches aus einem einzigen Target (z.B. Atheismus) und einer Polarität (z.B. für oder gegen das Target sein) besteht. Stance gegenüber mehreren Targets modelliert eine Polarität, die gegenüber einem übergeordneten Target und mehreren logisch verknüpften Targets aus- gedrückt wird. Stance gegenüber nuancierten Targets, modelliert Stance als eine Polarität gegenüber allen Texten in einem bestimmten Datensatz. Darüber hinaus untersuchen wir hasserfüllten Stance als eine Formalisierung, die modelliert, ob ein Text Hass gegenüber einem einzelnen Target (z.B. Frauen oder Flüchtlingen) ausdrückt. Systeme, die auf Methoden des maschinellen Lernens basieren, benötigen eine ausreichende Menge von mit Labeln versehenen Trainingsdaten. Da solche Daten nicht für jede Formalisierung verfügbar sind, wurden im Rahmen dieser Arbeit eigene Datensätze erstellt. Auf der Basis dieser Datensätze führen wir quantitative Analysen durch, welche Aufschluss darüber geben, wie zuverlässig die Annotation der Daten ist und in welcher Weise Social Media-Nutzer Stance kommunizieren. Unsere Analyse zeigt, dass die Zuverlässigkeit unserer Daten durch subjektive Interpretationen der Annotatoren und durch die Häufigkeit, mit der bestimmte Targets auftreten, beeinflusst wird. Unsere Studien zeigen weiterhin, dass die Wahrnehmung von Hass mit dem persönlichen Stance der Annotatoren korreliert, woraus wir folgern, dass Stance Annotationen bis zu einem gewissen Grad subjektiv sind und dass diese Subjektivität bei der Datenerstellung zukünftig berücksichtigt werden sollte. Darüber hinaus schlagen wir einen neuartigen Prozess für die Erstellung von Datensätzen vor, die subjektive Annotationen beinhalten, die der Forma- lisierung Stance gegenüber nuancierten Targets entsprechen und damit umfassende Einblicke in die zugrundeliegende Social Media Debatte liefert. Um den Stand der Technik der automatischen Stance Erkennung zu untersuchen, haben wir relevante shared tasks organisiert und an ihnen teilgenommen, sowie Experimente an eigenen Datensätzen durchgeführt. Unsere Untersuchungen zeigen über alle Experimente und Datensätze hinweg, dass vergleichsweise einfache Methoden eine äußerst wettbewerbsfähige Leistung erbringen. Des Weiteren zeigen unsere Betrachtungen, dass neuronale Ansätze zwar wettbewerbsfähig, aber nicht deutlich besser als herkömmliche Ansätze zur Textklassifizierung sind. Wir zeigen, dass Ansätze, die auf der Beurteilungsähnlichkeit basieren – definiert als das Ausmaß mit dem Texte von einer großen Anzahl von Menschen ähnlich beurteilt werden – die Leistung von Referenzansätzen deutlich übertreffen. Daraus schließen wir, dass diese Beurteilungsähnlichkeit eine vielversprechende Richtung ist, um weitere Verbesserungen in den Bereichen automatischen Erkennung von Stance und verwandten Aufgaben wie Sentimentanalyse oder Argument Mining zu erzielen

Zur Rolle von Platin-DNA-Addukten in Tumorzellen für das zelluläre und klinische Ansprechen auf eine Cisplatin-Behandlung: Neue Ansätze zur Prädiktion und Modulation

Platin-Komplexe stellen eine der wichtigsten und wirksamsten Substanzgruppen in der systemischen Tumortherapie dar und zählen aufgrund des breiten therapeutischen Spektrums zu den klinisch routinemäßig eingesetzten Tumortherapeutika. Die antineoplastische Wirkung der Platin-Komplexe beruht auf ihrer Reaktion mit bestimmten Basenpositionen in der DNA-Doppelhelix und der Ausbildung zytotoxischer DNA-Addukte. In der onkologischen Klinik wird die antineoplastische Wirksamkeit dieser Medikamente begrenzt durch i) primäre oder sekundär auftretende Resistenzen der Tumore gegenüber dem Wirkstoff und ii) den typischen gravierenden Nebenwirkungen in bestimmten Organen. In dieser Arbeit wurden am Beispiel des Zytostatikums Cisplatin wichtige Aspekte beider Problemkreise adressiert und anhand von in vivo- (Mausmodell), in vitro- (TumorZelllinien) und ex vivo- (primäre humane Tumorzellen) Ansätzen funktionell untersucht. Neben den Mechanismen, die dem Resistenzphänotyp beziehungsweise den organspezifischen Nebenwirkungen zugrunde liegen, zielte ein Hauptaspekt dieser Arbeit auf die Möglichkeit einer pharmakologischen Beeinflussung beider Prozesse mit der Möglichkeit, das therapeutische Fenster dieser Substanzgruppe dadurch zu erweitern. Als relevante Tumorentität habe ich mich dabei auf das Ovarialkarzinom (OVK) konzentriert, da hier i) die Behandlung mit Platin-Medikamenten bei der Erstlinien-Therapie im Vordergrund steht, ii) das Resistenzverhalten das entscheidende klinische Problem darstellt, iii) ein Satz gut etablierter OVK-Zellkulturmodelle zur Verfügung steht und iv) die Logistik für den Zugriff auf primäre humane Tumorzellen aufgebaut werden konnte. Als wichtigste Ergebnisse ergaben sich aus meinen Untersuchungen: Beim Vergleich von Cisplatin-sensitiven und –resistenten OVK-Zelllinien zeigte sich, dass die Resistenz gegenüber dem Zytostatikum mit einer reduzierten DNAAdduktbildung einhergeht, die wiederum auf einem verringerten intrazellulären Medikamentenspiegel beruht. Das weist auf die Beteiligung von Import/Exportmechanismen bei der Resistenzselektion hin. Bei ex vivo mit Cisplatin behandelten primären OVK-Zellen aus Tumorresektaten oder aus Aszites-Biopsien konnte erstmals ähnlich große Unterschiede in der DNA-Adduktbildung detektiert werden. Eine Reihe pharmakologischer Transport-Modulatoren, die in dieser Arbeitsgruppe ursprünglich zur Prävention der hohen DNA-Platinierung in nebenwirkungsrelevanten Zellen des Normalgewebes etabliert worden waren, wurden hier auf ihre Wirkung bei Ko-Applikation mit Cisplatin auf Tumorzellen untersucht. Hierbei sollte herausgefunden werden, ob die Effizienz einer Platin-basierten Therapie durch die Modulatoren beeinträchtigt wird. Dabei zeigte sich bei den getesteten OVK-Zelllinien keine negative Wirkung auf den DNA-Adduktgehalt. Im Gegenteil führte die Vorbehandlung bei den meisten Zelllinien sogar zu einer erhöhten DNA-Platinierung, die jeweils mit einer erhöhten intrazellulären Gesamtplatin-Konzentration verknüpft war. Dies galt gleichermaßen für sensitive wie auch resistente Zellvarianten, deren Pt-Adduktgehalt dadurch in einigen Fällen auf das Ausgangsniveau der sensitiven Zellen angehoben wurde. Anhand eines Caspase-3-Aktivitätstests konnte gezeigt werden, dass die durch die Ko-Applikation der Modulatoren vermehrte DNA-Platinierung zu einer erhöhten Cisplatin-induzierten Apoptoserate bei den OVK-Zelllinien führt. Die Modulatoren alleine zeigten hierbei kein zytotoxisches Potenzial. Diese Befunde an OVK- und anderen humanen Malignomzelllinien wurden auf ihre Relevanz für klinische Fragestellungen an vitalen primären Tumorzellen aus dem Primarius und aus Aszites geprüft. Die Ko-Applikation der Modulatoren mit Cisplatin führte auch hier zu einer deutlichen Erhöhung des DNA-Adduktgehaltes. Besonders die Fraktion der auffällig niedrig platinierten OVK-Zellen aus dem Aszites, die möglicherweise den Ausgangspool für Platin-resistente Rezidive oder Metastasen darstellt, konnten durch die Vorbehandlung auf ein deutlich höheres Adduktniveau gebracht werden. Dies sollte, in Analogie zu den in vitro-Ergebnissen, zu einer signifikanten Sensitivierung dieser kritischen Zellfraktion gegenüber einer PlatinTherapie führen. Schließlich wurde an einem Mausmodell gezeigt, dass der Transportmodulator DO9 neben seiner markanten Schutzwirkung vor einer übermäßigen DNA-Adduktierung in den nebenwirkungsrelevanten Zellen von Niere, Innenohr und Dorsalganglien ebenfalls die systemische Toxizität einer mehrzyklischen Cisplatin-Therapie drastisch reduzieren. Des Weiteren konnte bei der Cisplatin-induzierten Neurotoxizität die Mantelzellen der Dorsalganglien aufgrund ihrer hohen Adduktbelastung als die sehr wahrscheinlich kritischen Zielzellen identifiziert werden. Da es für das Ovarialkarzinom wie auch für viele andre Tumorentitäten bisher keine verlässlichen Parameter für das klinische Ansprechen auf eine Platin-basierte Therapie gibt, böte die hier erarbeitete Analytik von ex vivo Cisplatin-exponierten primären Tumorzellen bereits im Vorfeld einer Chemotherapie erstmalig die Möglichkeit, eine Aussage über den zu erwartenden Behandlungserfolg zu machen. Die klinische Anwendung der hier untersuchten Transport-Modulatoren, von denen zwei bereits als Medikament für andre Indikationen zugelassen sind, könnte das therapeutische Fenster für die eine Cisplatin-Behandlung deutlich erweitern, bei gleichzeitig drastischer Reduktion der Therapie-induzierten Nebenwirkungen

The characterization of immune cells in Asm-overexpressed mice

Lysosomal enzyme acid sphingomyelinase (ASM) is known for regulating cellular ceramide, by converting sphingomyelin (SM) into ceramide. Mutations in SMPD1, the ASM encoding gene, cause Niemann-Pick disease with the symptoms of progressive hepatosplenomegaly, pulmonary defects, heart and brain disease. The alternation of Asm activity results in abnormal level of ceramide, and is involved in cancer, neuro-degeneration, cardiovascular diseases, apoptosis, and cystic fibrosis. There are a few studies demonstrating the relation of Asm with immune cells, however, its role is yet to be confirmed. The tAsm mouse model is a Smpd1 (sphingomyelin phosphodiesterase 1) transgen-ic mouse line, in which Asm is overexpressed. Using this mouse model the direct re-lation in between Asm and immune system could be studied. Leucocytes are the ma-jor cell type in the immune system. These cells include lymphocytes, monocytes and neutrophils. They develop in the bone marrow and thymus and migrate to different lymphoid organs for their functions once mature. The present study focuses on the characterization of tAsm mice on T lymphocytes, B lymphocytes, and macrophages in the lymphoid organs spleen, lymph node and thymus. The migration, innate and adaptive response were examined. Asm overexpression did not seem to have effect on T lymphocytes, B lymphocytes, and macrophages without immunization, because there was no obvious change in populations and lo-calization. Interestingly, B cells and dendritic cells were seen closely related to ceramide-expressing cells. The current study confirmed that the tAsm mouse model provide a useful platform for immunological researches, since it showed baseline close to the wildtype (WT) healthy mice. Our findings also revealed the potential roles of B cells and dendritic cells in Asm overexpression.  Das lysosomale Enzym saure Sphingomyelinase (Asm) reguliert zelluläre Ceramidspiegel, in dem es Sphingomyelin zu Ceramid hydrolysiert. Mutationen im Smpd1-Gen, welches die Asm kodiert, führen zur Niemann-Pick-Typ A bzw. B Erkrankung, deren Symptome neben einer progressiven Hepatosplenomegalie Beeinträchtigungen von Lungen-, Herz- und Hirnfunktionen umfassen. Änderungen der Asm-Aktivität und damit einhergehende veränderte Ceramidlevel, spielen bei diversen Krankheitsbildern eine Rolle. Diese umfassen unter anderem die Mukoviszidose, neurodegenerative Syndrome sowie Tumor- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Es gibt Studien, die darauf hinweisen, dass die Asm auch in Immunzellen von Bedeutung ist, die konkreten Implikationen müssen jedoch noch aufgezeigt werden. Als Mausmodell für die Asm-Überexpression dient ein für Smpd1 transgener Mausstamm (tAsm). Anhand dieses Modells wurde die Bedeutung der Asm für das Immunsystem untersucht. Die zellulären Bestandteile des Immunsystems werden als Leukozyten, weiße Blutzellen, bezeichnet. Zu diesen zählen unter anderem Lymphozyten, Monozyten und Neutrophile. Ihre Entwicklung findet im Knochenmark und dem Thymus statt. Nach ihrer Reifung wandern sie in die verschiedenen lymphatischen Organe aus, um ihre jeweiligen Funktionen zu erfüllen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung der lymphatischen Organe des tAsm Mausmodells, mit Fokus auf Makrophagen, T- und B-Zellen in der Milz, den Lymphknoten und dem Thymus. Hierfür wurden die Migration, sowie angeborene wie adaptive Immunantworten untersucht. Allein die Überexpression der Asm hat keinen Effekt auf die untersuchten Zelltypen, wenn man Änderungen der Populationsgröße oder die Lokalisierung der Immunzellen betrachtet. Interessanterweise wurden B-Zellen und dendritische Zellen in räumlicher Nähe zu ceramidreichen Zellen beobachtet. Mit dieser Arbeit konnte bestätigt werden, dass das tAsm Mausmodell ein geeignetes Mittel zur Untersuchung des Immunsystems ist. Die transgenen Mäuse sind im Grundzustand gesunden Wildtyp-Mäusen sehr ähnlich und zeigen keine inhärenten Aberrationen von Immunzellen. Außerdem konnte gezeigt werden, dass B-Zellen und dendritische Zellen interessante Ziele für weiterführenden Studien sein können

Contribution to the development of the recycling from magnets with alloying elements from elements of the lanthanide group by sorting and preparation processes in the pre-process

Der Abbau Seltener Erden findet in China wegen der erhöhten Konzentration, z.B. als Nebenprodukt des Eisenabbaus statt. Dauermagnete auf Basis Seltener Erden werden anwendungsbezogen in komplexen Herstellungsverfahren mit einem hohen Maß an Optimierungsbestreben gefertigt. Acht Anwendungsszenarien spiegeln in dieser Arbeit den Rückfluss der Dauermagnete aus ihren Anwendungsgruppen in die Verwertungswege wider. Generell findet eine Verdünnung der Seltenen Erden durch die Produktionskette und zusätzlich durch die Sammelsysteme statt. Durch die Beschreibung dieser Verwertungswege und Abflüsse bietet sich die Möglichkeit auf die individuellen Stoffströme durch geeignete Aufkonzentrations- und Recyclingmethoden einzugehen. Die Hemmnisse des Recyclings von Magneten: Innovationshemmung, geringe Verfügbarkeit, Qualitätssicherung, Export und nicht etablierte Recyclingketten werden beschrieben. Ein großtechnisch umgesetztes Beispiel für das Recycling von Magneten wird vorgestellt. Es wird auf die Hemmnisse und Herausforderungen eingegangen. Die Eisen-Magnet-Trennung ist ein Verfahren, das automatisiert Magnetgemische aufkonzentrieren kann. Es wird gezeigt, dass bis zu 43% der enthaltenen Dauermagnete aus geschredderten Festplatten aussortiert werden können. Im Bereich der 1-5mm Fraktion können sogar 90% der enthaltenen Dauermagnete aufkonzentriert werden. Die Klassifizierung von Dauermagneten aus Magnetgemischen ist stoffspezifisch zu betrachten. Das Zerkleinern der Magnete spricht theoretisch eher für eine Verschlechterung der Rahmenbedingungen bei der Klassifizierung der Magnete mit einem Wirbelstromabscheider. Ein nicht überwundenes Problem ist der Umgang mit kunststoffgebundenen Magneten.Due to high occurrence the extraction of rare earths mainly takes place in China, for example as a by-product of the iron extraction. Rare earths are used to apply permanent magnets in complex manufacturing processes with a high need of optimization efforts. In this thesis eight application scenarios reflect the backflow of the permanent magnets from their application groups into their recycling routes. In general, the rare earths are diluted during the production chain and additionally by the collection systems. By describing these utilization paths and drains, it becomes possible to improve the individual material flows through appropriate concentration and recycling methods. As obstructions of magnetic recycling inhibition of innovation, low availability, quality assurance, export and non-established recycling chains are described. In this thesis a large-scale example of magnetic recycling is presented; barriers and challenges are addressed. The iron-magnetic separation is a process which can automatically concentrate magnetic mixtures. It is shown that up to 43% of the contained permanent magnets can be sorted out of shredded hard disks. In the range of the 1-5 mm fraction even 90% of the contained permanent magnets can be concentrated. The classification of permanent magnets from magnetic mixtures must be regarded specific to the substance. The shearing of the magnets theoretically impairs basic conditions in the classification of the magnets with an eddy current separator. One problem that has not been overcome is the handling of plastic-bound magnets

Effecting the driver’s awareness: Options, bounds, limits

Automotive technology has been developed for decades. During this time the goal of realization of a safe driving stays always the same. Most hybrid electric vehicles (HEVs) provide the “eco” driving mode, which helps to increase the fuel efficiency by changing the vehicle transmission behavior, the acceleration characteristics, the air conditioning system, etc. Besides the alteration of the performance of the vehicle, the behavior of the driver also plays a crucial role in influencing the fuel efficiency. The human driver behaves individually and dynamically. It is necessary to assist the driver in an appropriate manner to behave efficiently. The fully automated vehicle is one of the promising improvements in the automotive technology in the future. As for a transition phase from conventional manual vehicle to fully automated one, vehicles with multi-levels of automated driving are derived. These vehicles consist of several levels of automated driving, which could lead to the problem of mode error/confusion. It is essential to study the limits of the drivers and to assist them to recognize the current situation and the ability of the automated system to ensure a safe takeover. In this thesis, the concept of closing the driver-vehicle-environment loop with a driver-vehicle interface (DVI) is proposed. The bidirectional information flow dis- played on the DVI could help the driver to improve the driving safety and efficiency in different automated driving levels. To realize the increment of fuel efficiency, the DVIs based on the proposed concept displaying the suggested efficiency optimal behavior in different manners as Head-Up Display (HUD) and on instrument cluster are proposed and studied. Two experiments are conducted to compare the efficacy and effect of the DVIs on drivers’ behavior. Results show that the driving efficiency could be improved by showing the suggestion. The most efficient drive requires the most visual demand. By considering the distracting factors from the environment into the suggested optimal behavior, the cognitive workload could be reduced. For the vehicles with multi-levels of automated driving, novel interactive DVIs are proposed to reduce the mode error/confusion. The results from previously performed two experiments are applied to the lower automated levels. A third experiment is executed to evaluate the efficacy and acceptance of such DVIs as well as to study the takeover behavior of the drivers in various critical situations. The proposed DVIs are positively confirmed by the participants. The obtained results show that the takeover time in the first drive is significantly higher than the following ones. This means that using only the average takeover time to design the integration of human as a fallback layer of automated vehicles is not suitable. It is concluded that the takeover time also depends on the individual driver, the driving velocity, the difficulty of the critical situation, etc. The proposed interactive DVIs are adapted based on the conclusions from the conducted experiments. They show the information from different automated driving levels systematically using the HUD, the instrument cluster, the rear view mirrors, and the touch display. The functionalities are dynamic to the active driving mode. The warnings and suggestions to the driver are displayed dynamically based on the tracked glance position. New research questions are posed regarding safe takeover, comprehensive understanding of the TOR as well as qualitative and quantitative relations between the takeover and the activity of driver in non-driving-related task (NDRT). Based on the performed experiments and obtained results, the discussion about the design goals and principles as well as requirements for adaptive DVIs for future development are concluded in this thesis. The future DVIs should be able to show the situation-dependent information appropriately, to learn, or to adapt to the individual behavior of the driver, as well as to combine the driving efficiency, the allowable situation, and the intention of the driver

The development of technical understanding during the transition from elementary to secondary school – investigated by the construction of a hydropower plant using a test instrument based on the structure formation technique

Es ist unumstritten, dass Technik menschliche Lebensbedingungen nicht nur bestimmt, sondern auch Gesellschaftsformen verändert und die Lebenswirklichkeit beeinflusst. Technische Bildung soll bereits in der Elementarstufe beginnen und wird durch Curricula in der Primar- und Sekundarstufe gesichert. Sie umfasst das analysierende technische Denken als gedankliches Durchdringen technischer Funktionsweisen, Prozesse und Prinzipien (Gesellschaft für Didaktik des Sachunterrichts 2013). Um den Erfolg technischer Bildung zu evaluieren, macht es Sinn, ein grundlegendes technisches Verständnis als Ergebnis der Bildungsbemühungen abzufragen. Wie sich das technische Verständnis mit seinen analytischen und synthetischen Denkoperationen im Übergang von der Primar- zur Sekundarstufe I insgesamt entwickelt und sich bei Mädchen und Jungen unterscheidet, sollte mit dieser Studie untersucht werden. Mit Hilfe eines Quasi-Längsschnittes wurden insgesamt 428 Schüler/-innen in den Jahrgangsstufen 4 und 6/7 untersucht. Das neu entwickelte Erhebungsinstrument basiert auf der Strukturlegetechnik von Wahl (2013). Mit Hilfe des Instruments sollen die für die Technik typischen Denkoperationen in Konstruktionsprozessen technischer Systeme erfassbar gemacht werden. Der gewählte exemplarische konkrete Gegenstand dieser Studie, das Wasserkraftwerk, umfasst das Thema Energie, das sowohl in der Primar- als auch in der Sekundarstufe I curricular gesichert ist. Die Ergebnisse belegen, dass eine Weiterentwicklung des technischen Verständnisses von der Primar- zur Sekundarstufe I mit einem moderaten Effekt der Schulstufe, der dem Lernzuwachs eines Schuljahres entspricht, stattgefunden hat. Ebenso hat das Geschlecht einen Einfluss auf das technische Verständnis der Primar- und Sekundarstufenschüler/-innen wobei der Effekt eher gering ist. Erst nach getrennter Betrachtung der dem technischen Verständnis zugrundeliegenden verschiedenen Denkoperationen ist ersichtlich, dass Jungen in ihren synthetischen Denkoperationen den Mädchen um ein Schuljahr voraus sind. Hier ist der Effekt des Geschlechts im höheren moderaten Bereich. Das Bildungssystem Schule hat demnach (unter Berücksichtigung der Verteilung des Technikunterrichts in den verschiedenen Jahrgangsstufen) bei der Vermittlung des technischen Verständnisses funktioniert. Jedoch könnte technischer Unterricht noch wertvolle Vorarbeit leisten, um besonders das Interesse der Mädchen an technischen Themen zu steigern. Eine gendersensitive Auswahl des Themas wäre sicherlich von Vorteil. Weiterhin werden abstrakte Prozesse wie die Wandlung zwischen verschiedenen Energieformen besonders von Grundschüler/-innen nicht intuitiv erfasst. Demnach besteht eine wichtige Aufgabe des technischen Unterrichts darin, Kinder frühzeitig an technische Grundprinzipen heranzuführen.It is undisputed that technology not only determines human living conditions, but also changes social forms and influences the reality of life. Technical education should begin at elementary school and is ensured by the curricula of primary and secondary level. Technical education comprehends analytical technical thinking as a conceptual permeation of technical functions, processes and principles (Gesellschaft für Didaktik des Sachunterrichts 2013). To evaluate the success of technical education, it makes sense to test for a basic technical understanding as a result of educational efforts. How does technical understanding with analytical and synthetic thinking operations develop at the transition from primary to secondary level and how does girls and boys differ in their technical understanding is presented herein. Using a quasi-longitudinal analysis, a total of 428 students in grades 4 and 6/7 were examined. A new test instrument is developed based on the structure formation technique by Wahl (2013). With the help of this instrument the typical thinking processes during engineering processes of technical systems are made detectable. The selected exemplary subject of this study, a hydropower plant, covers the topic of energy, which is secured by the curricula of primary and secondary level. The results show that the technical understanding of pupils from primary to secondary level has developed with a moderate effect due to school level. This corresponds to the learning increase of one school year. Likewise, gender has an impact on the technical understanding of primary and secondary school pupils, although the effect is rather small. Only after separation of various thinking operations it is apparent that boys are ahead of the girls by one school year in their synthetic thinking operations. The effect of gender is in the higher moderate range. Therefore, school as an educational system (considering the distribution of the technical lessons in the different grades) seems to increase the technical understanding. However, technical education could still provide valuable preliminary work, especially to increase the interest of girls in technical topics. A gender-sensitive selection of the topics would certainly be beneficial. Furthermore, conceptional processes such as transformations between different forms of energy are not intuitively perceived, especially for elementary school pupils. Accordingly, an important task of technical education is to introduce children to basic technical principles

A comparative molecular analysis of viral DDB1-binding proteins in the context of their immune evasive properties

Für Viren ist es von entscheidender Bedeutung, den Restriktionsfaktoren der Wirtszelle entgegenzuwirken, um eine effiziente Replikation zu ermöglichen. Zahlreiche Viren kodieren für akzessorische Proteine, mit denen sie das zelluläre DNA damage-binding Protein 1 (DDB1) zweckentfremden und assoziierte Cullin Ubiquitin-Ligase-Komplexe zum proteasomalen Abbau von antiviralen Restriktionsfaktoren immunevasiv ausnutzen. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Funktionen verschiedener viraler DDB1-interagierender Proteine, deren Zielproteine sowie die zweckentfremdeten Komplexe zu untersuchen. Dazu wurden Immunpräzipitationsstudien durchgeführt und Interaktionspartner mittels Massenspektrometrie identifiziert und vergleichend quantifiziert. Im Fokus der Untersuchung standen dabei das MCMV-kodierte Protein pM27, dessen homologe Proteine pE27, pR27 (beide RCMV) und pUL27 (HCMV) sowie die viralen Proteine Vpr (HIV-2), Vpx (HIV-2), das HBV-kodierte Protein HBx und dessen Woodchuck Hepatitisvirus-Homolog WHx. Als Negativkontrollen bzw. Außengruppe dienten EGFP und das HCMV-kodierte Protein pUL42, welches mit einer anderen Ubiquitin-Ligase (Itch) interagiert. Die Analyse des pM27-Interaktionsspektrums bekräftigte das gegenwärtige immunevasive Funktionsmodel von pM27, da sowohl DDB1, Cullin 4A und STAT2 vorzufinden waren. Eine weiterführende Analyse der Interaktion zwischen pM27 und verschiedenen N- und C-terminalen Verkürzungsmutanten von STAT2 zeigte, dass sowohl N- als auch C-terminale Bereiche von STAT2 mit pM27 kopräzipitieren. Des Weiteren wurde auch Xpo7 in dem pM27- Interaktionsspektrum gefunden und Cul4B und Ncoa5 als neue Interaktionspartner identifiziert. Ncoa5 und Xpo7 wurden unter Infektionsbedingungen validiert. Zusätzlich konnten zahlreiche beschriebene Interaktionen bestätigt und teilweise auf homologe und/oder paraloge Proteine übertragen werden. So wurde die bekannte Interaktion von HBx mit Spindlin-1 auf die viralen Homologe WHx7 und WHx8 und die zellulären Paraloge Spindlin-2, und -3 ausgeweitet. Eine vermutete, aber nicht experimentell bestätigte Interaktion von Vpr mit Bax konnte dokumentiert werden. Der Vergleich der Interaktionsspektren enthüllte überdies große Unterschiede sowohl in der generellen Interaktion als auch der Interaktionsstärke der viralen Proteine mit DDB1 und Cullin 4A/B. Zwar korrelierten die Interaktionsspektren in hohem Maße mit der phylogenetischen Verwandtschaft, jedoch zeichnete sich auch eine Überschneidung der DDB1-interagierenden Proteine verschiedener Virusfamilien ab. Für das HIV-2-kodierte Protein Vpx wurde der NF-κB-Transkriptionsfaktor p65/RelA als neuer Interaktionspartner identifiziert und diese Interaktion auf ihre funktionelle Relevanz hin untersucht. Dabei zeigte sich eine potente Inhibition des NF-κB-Signalwegs durch Vpx. Des Weiteren zeigte sich, dass eine Mutation von Vpx, welche die DDB1 Interaktion destabilisiert, diesen NF-κB-Antagonismus beeinträchtigte. Zusammengenommen konnte in dieser Arbeit die Interaktionsspektren von neun verschiedenen viralen akzessorischen Proteinen identifiziert und verglichen werden, wobei zahlreiche bekannte Interaktionen die Validität dieser Analyse unterstrichen und die Bestimmung der Funktion der Interaktion zwischen Vpx und p65/RelA die Relevanz der neu gefundenen Interaktionspartner verdeutlicht.To allow efficient viral replication, viruses have to overcome cellular restriction factors. Several viruses encode accessory proteins which exploit DDB1-containing Cullin ubiquitin ligase complexes as essential co-factors to mediate proteasomal degradation of antiviral restriction factors. To establish a comprehensive understanding of the function of different viral DDB1-binding proteins, their targets and the complexes assembled by these viral proteins, immuno-affinity precipitations (IP) were performed and the retrieved proteins were identified and quantified by mass spectrometry. The interactomes of the MCMV-encoded protein pM27 and its homologous proteins pE27, pR27 (both RCMV-encoded) and pUL27 (HCMV-encoded) as well as the viral proteins Vpr (HIV-2-encoded), and Vpx (HIV-2-encoded), HBx (HBV-encoded) and its woodchuck hepatitis virus homolog WHx were identified, analysed and compared. Empty plasmids and the HCMV-encoded protein pUL42, which binds the unrelated ubiquitin ligase Itch, served as negative controls and outgroup, respectively. The analysis of the pM27 interactome underlined the current model of pM27 function, since DDB1, Cullin 4A, as well as STAT2 were co-purified with pM27. The interaction between pM27 and STAT2 was further investigated by using a panel of N- and C-terminal STAT2 truncation mutants. The analysis revealed that pM27 specifically co-precipitates both N- and C-terminal fragments of STAT2. Additionally, also Xpo7 was retrieved with pM27 and Cul4B and Ncoa5 were identified as new interaction partners of pM27. The interactions with Xpo7 and Ncoa5 were validated under authentic infectious conditions. The analysis of the viral interactomes further confirmed previously described interactions and extended several known interactions to homologous and paralogous proteins. For example, the known interaction between HBx and Spindlin-1 was extended to the viral homologous proteins WHx7 and WHx8 and to the cellular paralogous proteins Spindlin-2 and -3. An anticipated interaction between Vpr and Bax, which was experimentally not proven so far, could be documented for the first time. The comparison revealed considerable differences concerning the interaction with DDB1 and Cullin 4A/B in terms of the general ability as well as the strength of interaction. On a global level, the correlation of the interactomes fitted well with the phylogenetic relationship of the proteins but also highlighted a considerable overlap between the DDB1 interactors of non-related viruses. As a proof of principle, the biological relevance of one newly identified interaction was further investigated. The NF-κB transcription factor p65/RelA co-precipitated with the HIV-2-encoded protein Vpx. This interaction resulted in an impaired NF-κB signaling. Additionally, a Vpx mutant which lacks the ability to interact with DDB1 was impaired in its ability to antagonize the NF-κB signaling. Taken together, the interactions of nine different viral accessory proteins were identified and compared. The confirmation of numerous previously described interactions underlined the validity of this analysis and the determination of the biological function of the interaction between Vpx and p65/RelA highlighted the relevance of the newly found interaction partners

Development of a Management and Measurement System for an Integrated Increase of Effectiveness and Efficiency in the Company's Value Chain

Mit den heutigen Kennzahlensystemen sind Verbesserungen einzelner administrativer Prozesse nicht systematisch oder nur indirekt und gesamtheitlich nachweisbar. Obwohl zumindest in den Qualitätsnormen seit 2000 Prozesseigner gefordert werden, die ihre Prozesse hinsichtlich Effek-tivität und Effizienz verbessern sollen, und im US Finanzgesetz (Sarbanes-Oxley Act) ein Nachweis über die Qualität von Geschäftsprozessen gefordert wird, ist in der vorhandenen Literatur kein etabliertes, einheitliches System vorhanden, mit dessen Anwendung die oben abzuleitenden Bedarfe erfüllt werden können. In dieser Dissertation wird ein solches System entwickelt. Das hier sogenannte Process-Performance-Measurementsystem wird in einem ebenfalls in dieser Arbeit entwickelten Process-Performance-Managementsystem eingebunden, um eine systematische und nachhaltige Steuerung der zu bewertenden Prozesse zu ermöglichen. Mit diesen Systemen wird ein blinder Fleck der Unternehmenssteuerung beseitigt: Die nicht erkannten Verschwendungen in den administrativen Prozessen, welche einen nennenswerten Anteil am Gesamtergebnis eines Unternehmens haben. Das hier entwickelte Modell ist für alle Organisationen universell einsetzbar, die ihre Prozesslei-stung ganzheitlich, also nicht nur finanziell, bewerten wollen, um Transparenz zu erzeugen, Verbesserungen zu initiieren und um sich kontinuierlich zu verbessern.With today's key performance indicator systems, improvements in individual administrative processes cannot be shown systematically, or only indirectly and as a whole. Although, since 2000, the quality standards require process owners to improve their processes in terms of effectiveness and efficiency and the US Finance Act (Sarbanes-Oxley Act) requires proof of the quality of business processes, there is no established, standardized system in the existing literature which fulfills the needs derived from above. Such a system is developed in this thesis. The process performance measurement system is integrated in a process performance management system, which is also developed in this thesis to enable systematic and sustainable control of the processes to be evaluated. These systems eliminate a blind spot in corporate management: The undetected waste in the administrative processes, which has a significant impact on the overall result of a company. The structure developed here is suitable for all organizations that want to evaluate their process performance in its entirety, that is not only financially, in order to create transparency, initiate improvements and continuously improve their own organization

A spectral Least Squares collocation method on triangular elements and its application for the solution of elliptic and Navier-Stokes equations

In dieser Arbeit haben wir eine spektrale Least-Squares Kollokationsmethode auf Dreieckslementen entwickelt. Als Kollokationspunkte wurden die Feketepunkte für die Polynomgrade N = 3, 6, 9, 12 verwendet. Für die Approximation der gesuchten Lösung wurden die orthonormalen Dubinerpolynome als Ansatzfunktionen ausgewählt. Um die höhere Regularitätsbedingung der gesuchten Lösung, die für die Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate benötigt wird, herabzusetzen, wurden Hilfsfunktionen eingeführt. Die Anwendung der Kollokationsbedingungen zusammen mit Rand- und Interfacebedingungen führte zu einem überbestimmten Gleichungssystem, welches mit der Methode der kleinsten Quadrate effizient gelöst werden konnte. Durch die Anwendung der hier vorgestellten Methode auf Stokes- und Navier-Stokes-Probleme wird die LBB-Bedingung umgangen. Somit konnten wir für die Approximation der Geschwindigkeitskomponenten und des Druckes Polynome gleichen Grades verwenden. Die Anwendung unserer Methode auf das Poisson-Problem und die Konvektions-Diffusions-Gleichung lieferte exponentielle Konvergenz für glatte Lösungen. Für die in den letzten beiden Kapiteln betrachteten Stokes- und Navier-Stokes-Probleme konnten wir dieses Verhalten ebenfalls nachweisen. Zur Zeitdiskretisierung des instationären Problems wurde ein BDF-Verfahren der Ordnung zwei benutzt. Unsere numerischen Ergebnisse bestätigen, dass hier ein Verfahren zweiter Ordnung vorliegt und unsere Methode auch für zeitabhängige Probleme sehr gute Ergebnisse liefert. Für das im letzten Beispiel betrachtete Driven-Cavity-Problem erhalten wir sehr gute Lösungen für unterschiedliche Reynolds-Zahlen. In diesem Beispiel konnten wir zeigen, dass unsere Methode die Bedingung zur Massenerhaltung sehr gut erfüllt.In this thesis we developed a Least Squares Collocation method using triangular elements to solve elliptic and Navier-Stokes equations. The Fekete points of the triangle were used as collocation nodes for polynomial degrees N = 3, 6, 9, 12. We used the orthonormal Dubinerpolynomials as trial functions to approximate the unknown exact solution. To reduce the higher regularity requirements of the Least Squares method, the governing equations are transformed to an equivalent first-order system. The collocation conditions, the boundary conditions and the interface conditions lead to an overdetermined system. This System can be solved efficiently by Least Squares methods. The application of our scheme to Stokes- and Navier-Stokes equations circumvents the Ladyzhenskaya-Babuska-Brezzi condition (inf-sup stability condition). Therefore we are able to employ polynomials of the same degree for the velocity components and for the pressure. Our numerical simulations in Chapter 3 and 4 verify the spectral convergence property for smooth solutions of elliptic equations. In Chapter 5 and 6 we demonstrate spectral convergence for smooth solutions to the Stokes- and Navier-Stokes problems. For the time integration of the unsteady problems we used the second order BDF scheme. It can be observed that our scheme performs very good and our numerical results confirm that it is of second order in time. In Chapter 6 we succesfully applied our scheme to the driven cavity flow problems for various Reynolds numbers. For this example we confirmed exellent conservation of mass