@book{ElsaesserKlebinggatKuhnetal.2024, author = {Elsaesser, Evelyn and Klebinggat, Michael and Kuhn, Wilfried and Michielsens, Constant and Pauels, Willibert and Popkes, Enno E. and Schneider, Elke and Laack, Walter van and Warven, Rinus van}, title = {Schnittstelle Tod - Ist die Menschheit zu retten ohne Vertrauen auf ein Danach}, editor = {Laack, Walter van}, publisher = {van Laack Buchverlag}, address = {Aachen}, isbn = {978-3-936624-58-8}, pages = {156 Seiten}, year = {2024}, language = {de} } @masterthesis{Kordes2024, type = {Bachelor Thesis}, author = {Kordes, Franka}, title = {Invisible Cities}, publisher = {FH Aachen}, address = {Aachen}, pages = {173 Seiten}, year = {2024}, abstract = {Diese Arbeit pr{\"a}sentiert eine Neuinterpretation des Romans "Invisible Cities" von Italo Calvino in einem handgefertigten, k{\"u}nstlerischen Buchobjekt. Seit der Erstver{\"o}ffentlichung des italienischen Literaturklassikers orientieren sich jegliche Neuauflagen an der Originalfassung. Die klassisch gestaltete Urversion wird der komplexen und eindrucksvollen Geschichte nicht mehr gerecht. Die Erz{\"a}hlung findet auf mehreren Ebenen statt, die durch verschiedene Papiersorten repr{\"a}sentiert werden. Die Lesenden wissen somit immer, wo sie sich auf ihrer Reise durch die traumhaften und surrealen St{\"a}dte befinden. Das Buch enth{\"a}lt mehrere Illustrationen auf Transparentpapierb{\"o}gen, welche die Stadtbeschreibungen begleiten. Der besondere Fokus der Arbeit lag in den Illustrationen und der technischen und handwerklichen Umsetzung der Bindung.}, language = {de} } @book{KrauseUlkeFerger2024, author = {Krause, Thomas and Ulke, Bernd and Ferger, Martin}, title = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, editor = {Krause, Thomas and Ulke, Bernd and Ferger, Martin}, edition = {10. Auflage}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-41329-3 (Print)}, doi = {10.1007/978-3-658-41330-9}, pages = {XII, 1087 Seiten}, year = {2024}, language = {de} } @incollection{RickerUlke2024, author = {Ricker, Marcus and Ulke, Bernd}, title = {Baustoffe}, series = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, booktitle = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, editor = {Krause, Thomas and Ulke, Bernd and Ferger, Martin}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-41329-3 (Print)}, doi = {10.1007/978-3-658-41330-9_2}, pages = {61 -- 148}, year = {2024}, abstract = {In diesem Kapitel werden die Eigenschaften der Baustoffe Bitumen, Beton und Mauerwerk insbesondere unter dem Aspekt der Anwendung im Baustellenbetrieb dargestellt.}, language = {de} } @incollection{Ulke2024, author = {Ulke, Bernd}, title = {Privates Baurecht und Nachtragsmanagement}, series = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, booktitle = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, editor = {Krause, Thomas and Ulke, Bernd and Ferger, Martin}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-41329-3 (Print)}, doi = {10.1007/978-3-658-41330-9_3}, pages = {149 -- 216}, year = {2024}, abstract = {Kein Bauvorhaben sollte realisiert werden, ohne dass es auf einer vertraglichen Grundlage zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer fußt. Diese vertragliche Grundlage zu kennen ist essenziell, um dementsprechend handeln zu k{\"o}nnen. Denn nur wer seine eigenen Rechte und auch Pflichten kennt, kann sich auf diese berufen.}, language = {de} } @incollection{Ulke2024, author = {Ulke, Bernd}, title = {Bauwirtschaft}, series = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, booktitle = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, editor = {Krause, Thomas and Ulke, Bernd and Ferger, Martin}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-41329-3 (Print)}, doi = {10.1007/978-3-658-41330-9_4}, pages = {17 -- 261}, year = {2024}, abstract = {Die Leistungen der Bauwirtschaft und deren wirtschaftliche Bedeutung in Deutschland werden anhand einer Vielzahl statistischer Daten verdeutlicht. Die im Vergleich zu anderen Wirtschaftsbereichen auftretenden branchenspezifischen Besonderheiten der Bauwirtschaft werden anhand von verschiedenen Kriterien herausgearbeitet. Das Zusammenspiel der einzelnen Akteure des Sektors und die dabei sich ergebenden bzw. zu beachtenden Rechts- und Vertragsgrundlagen werden dargestellt. Aufgrund der meist erheblichen H{\"o}he des eingesetzten Kapitals werden auch notwendige Formen der Risikoabsicherungen und der in der Branche {\"u}blichen und teilweise vorgeschriebenen Versicherungsm{\"o}glichkeiten angesprochen.}, language = {de} } @incollection{Ulke2024, author = {Ulke, Bernd}, title = {{\"O}ffentliches Baurecht, Ausschreibung und Vergabe}, series = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, booktitle = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, editor = {Krause, Thomas and Ulke, Bernd and Ferger, Martin}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-41329-3 (Print)}, doi = {10.1007/978-3-658-41330-9_5}, pages = {263 -- 297}, year = {2024}, abstract = {Durch das {\"o}ffentliche Baurecht werden die Zul{\"a}ssigkeit, die Grenzen, die Ordnung und die F{\"o}rderung der baulichen Nutzung des Bodens geregelt. Die Ausschreibung und die Vergabe sind von essenzieller Bedeutung f{\"u}r ein Bauvorhaben und werden deshalb in der HOAI mit zwei Leistungsphasen abgebildet: n{\"a}mlich mit der Leistungsphase 6 Vorbereitung der Vergabe sowie der Leistungsphase 7 Mitwirkung bei der Vergabe. Im Zuge der Ausschreibung und der Vergabe werden die f{\"u}r den AG anfallenden Kosten festgelegt und bilden somit die letzte gr{\"o}ßere Stellschraube f{\"u}r Preiseinsparungen.}, language = {de} } @incollection{Ferger2024, author = {Ferger, Martin}, title = {Arbeitsvorbereitung und Ablaufplanung}, series = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, booktitle = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, editor = {Krause, Thomas and Ulke, Bernd and Ferger, Martin}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-41329-3 (Print)}, doi = {10.1007/978-3-658-41330-9_6}, pages = {299 -- 332}, year = {2024}, abstract = {Die Arbeitsvorbereitung, als ein wesentliches Aufgabengebiet des Baubetriebswesens, ist von enormer Bedeutung f{\"u}r den Erfolg eines Bauprojektes. Die Arbeitsvorbereitung l{\"a}sst sich zeitlich sowohl in der Angebotsphase (kalkulationsbegleitende Arbeitsvorbereitung), in der Vorbereitungsphase der Baustelle (von Auftragsvergabe bis Baubeginn) als auch baubegleitend einordnen.}, language = {de} } @incollection{KrauseUlke2024, author = {Krause, Thomas and Ulke, Bernd}, title = {Bauabrechnung und Mengenermittlung}, series = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, booktitle = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, editor = {Krause, Thomas and Ulke, Bernd and Ferger, Martin}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-41329-3 (Print)}, doi = {10.1007/978-3-658-41330-9_7}, pages = {333 -- 397}, year = {2024}, abstract = {n diesem Kapitel werden die Abrechnungsvorschriften wichtiger ATV kurz, aber umfassend zusammengestellt. Einigen Abrechnungsbestimmungen f{\"u}r Einzelleistungen, die keine Nebenleistungen sind ((siehe DIN 18299 und Abschnitt 4 der jeweiligen ATV), sind mit aufgenommen worden; die ATV enthalten jedoch weitergehende Festlegungen {\"u}ber Nebenleistungen und Besondere Leistungen. Im Anschluss folgen Hinweise zu den Toleranzen im Hochbau sowie im Straßenbau.}, language = {de} } @incollection{Krause2024, author = {Krause, Thomas}, title = {Baumaschinen}, series = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, booktitle = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, editor = {Krause, Thomas and Ulke, Bernd and Ferger, Martin}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-41329-3 (Print)}, doi = {10.1007/978-3-658-41330-9_8}, pages = {399 -- 498}, year = {2024}, abstract = {Die Leistungsermittlung und Bemessung von Baumaschinen f{\"u}r die folgenden Bereiche werden bearbeitet: Maschinen f{\"u}r den Betonbau, Hebezeuge, Maschinen f{\"u}r den Erdbau, Straßenbaumaschinen, R{\"u}ckbauger{\"a}te und Elemente der Baustelleneinrichtung.}, language = {de} } @incollection{Ulke2024, author = {Ulke, Bernd}, title = {Boden, Baugrube, Verbau}, series = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, booktitle = {Zahlentafeln f{\"u}r den Baubetrieb}, editor = {Krause, Thomas and Ulke, Bernd and Ferger, Martin}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-41329-3 (Print)}, doi = {10.1007/978-3-658-41330-9_9}, pages = {499 -- 658}, year = {2024}, abstract = {Die L{\"o}sung den Baugrund betreffender Fragestellungen beginnen i. d. R. mit der Durchf{\"u}hrung von Baugrunderkundungen, um alle notwendigen Parameter zu erhalten, die f{\"u}r die Planung und Durchf{\"u}hrung von Bauvorhaben notwendig sind. Im Folgenden werden die wichtigsten Erkundungen in Abh{\"a}ngigkeit der erforderlichen G{\"u}teklasse der Proben beschrieben und vorgestellt.}, language = {de} } @techreport{Drescher2021, type = {Working Paper}, author = {Drescher, Hans Paul}, title = {Turbulence - minimum dissipation and maximum macroscopic momentum exchange}, pages = {44 Seiten}, year = {2021}, abstract = {The minimum dissipation requirement of the thermodynamics of irreversible processes is applied to characterize the existence of laminar and non-laminar, and the co-existence of laminar and turbulent flow zones. Local limitations of the different zones and three different forms of transition are defined. For the Couette flow a non-local "corpuscular" flow mechanism explains the logarithmic law-of-the-wall, maximum turbulent dimensions and a value x=0,415 for the v. K{\´a}rm{\´a}n constant. Limitations of the logarithmic law near the wall and in the centre of the experiment are interpreted.}, language = {en} } @techreport{Drescher2018, type = {Working Paper}, author = {Drescher, Hans Paul}, title = {The irreversible thermodynamic's theorem of minimum entropy production applied to the laminar and the turbulent Couette flow}, pages = {48 Seiten}, year = {2018}, abstract = {Analyzing thermodynamic non-equilibrium processes, like the laminar and turbulent fluid flow, the dissipation is a key parameter with a characteristic minimum condition. That is applied to characterize laminar and turbulent behaviour of the Couette flow, including its transition in both directions. The Couette flow is chosen as the only flow form with constant shear stress over the flow profile, being laminar, turbulent or both. The local dissipation defines quantitative and stable criteria for the transition and the existence of turbulence. There are basic results: The Navier Stokes equations cannot describe the experimental flow profiles of the turbulent Couette flow. But they are used to quantify the dissipation of turbulent fluctuation. The dissipation minimum requires turbulent structures reaching maximum macroscopic dimensions, describing turbulence as a "non-local" phenomenon. At the transition the Couette flow profiles and the shear stress change by a factor ≅ 5 due to a change of the "apparent" turbulent viscosity by a calculated factor ≅ 27. The resulting difference of the laminar and the turbulent profiles results in two different Reynolds numbers and different loci of transition, which are identified by calculation.}, language = {en} } @article{PieronekKleefeld2024, author = {Pieronek, Lukas and Kleefeld, Andreas}, title = {On trajectories of complex-valued interior transmission eigenvalues}, series = {Inverse problems and imaging : IPI}, volume = {18}, journal = {Inverse problems and imaging : IPI}, number = {2}, publisher = {AIMS}, address = {Springfield, Mo}, issn = {1930-8337 (Print)}, doi = {10.3934/ipi.2023041}, pages = {480 -- 516}, year = {2024}, abstract = {This paper investigates the interior transmission problem for homogeneous media via eigenvalue trajectories parameterized by the magnitude of the refractive index. In the case that the scatterer is the unit disk, we prove that there is a one-to-one correspondence between complex-valued interior transmission eigenvalue trajectories and Dirichlet eigenvalues of the Laplacian which turn out to be exactly the trajectorial limit points as the refractive index tends to infinity. For general simply-connected scatterers in two or three dimensions, a corresponding relation is still open, but further theoretical results and numerical studies indicate a similar connection.}, language = {en} } @article{SchoppRohrbachLangeretal.2024, author = {Schopp, Christoph and Rohrbach, Felix and Langer, Luc and Heuermann, Holger}, title = {Detection of welding wire length by active S11 measurement}, series = {IEEE Transactions on Plasma Science}, journal = {IEEE Transactions on Plasma Science}, number = {Early Access}, publisher = {IEEE}, issn = {0093-3813 (Print)}, doi = {10.1109/TPS.2024.3356659}, pages = {1 -- 6}, year = {2024}, abstract = {A novel method to determine the extruded length of a metallic wire for a directed energy deposition (DED) process using a microwave (MW) plasma jet with a straight-through wire feed is presented. The method is based on the relative comparison of the measured frequency response obtained by the large-signal scattering parameter (Hot-S) technique. In the practical working range, repeatability of less than 6\% for a nonactive plasma and 9\% for the active plasma state is found. Measurements are conducted with a focus on a simple solution to decrease the processing time and reduce the integration time of the process into the existing hardware. It is shown that monitoring a single frequency for magnitude and phase changes is sufficient to achieve good accuracy. A combination of different measurement values to determine the length is possible. The applicability to different diameter of the same material is shown as well as a contact detection of the wire and metallic substrate.}, language = {en} } @article{BoehnischBraunMuscarelloetal.2024, author = {B{\"o}hnisch, Nils and Braun, Carsten and Muscarello, Vincenzo and Marzocca, Pier}, title = {About the wing and whirl flutter of a slender wing-propeller system}, series = {Journal of Aircraft}, journal = {Journal of Aircraft}, publisher = {AIAA}, address = {Reston, Va.}, issn = {1533-3868}, doi = {10.2514/1.C037542}, pages = {1 -- 14}, year = {2024}, abstract = {Next-generation aircraft designs often incorporate multiple large propellers attached along the wingspan (distributed electric propulsion), leading to highly flexible dynamic systems that can exhibit aeroelastic instabilities. This paper introduces a validated methodology to investigate the aeroelastic instabilities of wing-propeller systems and to understand the dynamic mechanism leading to wing and whirl flutter and transition from one to the other. Factors such as nacelle positions along the wing span and chord and its propulsion system mounting stiffness are considered. Additionally, preliminary design guidelines are proposed for flutter-free wing-propeller systems applicable to novel aircraft designs. The study demonstrates how the critical speed of the wing-propeller systems is influenced by the mounting stiffness and propeller position. Weak mounting stiffnesses result in whirl flutter, while hard mounting stiffnesses lead to wing flutter. For the latter, the position of the propeller along the wing span may change the wing mode shapes and thus the flutter mechanism. Propeller positions closer to the wing tip enhance stability, but pusher configurations are more critical due to the mass distribution behind the elastic axis.}, language = {en} } @article{TurdumamatovBeldaHeuermann2024, author = {Turdumamatov, Samat and Belda, Aljoscha and Heuermann, Holger}, title = {Shaping a decoupled atmospheric pressure microwave plasma with antenna structures, Maxwell's equations, and boundary conditions}, series = {IEEE Transactions on Plasma Science}, journal = {IEEE Transactions on Plasma Science}, number = {Early Access}, publisher = {IEEE}, issn = {0093-3813 (Print)}, doi = {10.1109/TPS.2024.3383589}, pages = {1 -- 9}, year = {2024}, abstract = {This article addresses the need for an innovative technique in plasma shaping, utilizing antenna structures, Maxwell's laws, and boundary conditions within a shielded environment. The motivation lies in exploring a novel approach to efficiently generate high-energy density plasma with potential applications across various fields. Implemented in an E01 circular cavity resonator, the proposed method involves the use of an impedance and field matching device with a coaxial connector and a specially optimized monopole antenna. This setup feeds a low-loss cavity resonator, resulting in a high-energy density air plasma with a surface temperature exceeding 3500 o C, achieved with a minimal power input of 80 W. The argon plasma, resembling the shape of a simple monopole antenna with modeled complex dielectric values, offers a more energy-efficient alternative compared to traditional, power-intensive plasma shaping methods. Simulations using a commercial electromagnetic (EM) solver validate the design's effectiveness, while experimental validation underscores the method's feasibility and practical implementation. Analyzing various parameters in an argon atmosphere, including hot S -parameters and plasma beam images, the results demonstrate the successful application of this technique, suggesting its potential in coating, furnace technology, fusion, and spectroscopy applications.}, language = {en} } @article{StiemerThomaBraun2023, author = {Stiemer, Luc Nicolas and Thoma, Andreas and Braun, Carsten}, title = {MBT3D: Deep learning based multi-object tracker for bumblebee 3D flight path estimation}, series = {PLoS ONE}, volume = {18}, journal = {PLoS ONE}, number = {9}, publisher = {PLOS}, address = {San Fancisco}, issn = {1932-6203}, doi = {10.1371/journal.pone.0291415}, pages = {e0291415}, year = {2023}, abstract = {This work presents the Multi-Bees-Tracker (MBT3D) algorithm, a Python framework implementing a deep association tracker for Tracking-By-Detection, to address the challenging task of tracking flight paths of bumblebees in a social group. While tracking algorithms for bumblebees exist, they often come with intensive restrictions, such as the need for sufficient lighting, high contrast between the animal and background, absence of occlusion, significant user input, etc. Tracking flight paths of bumblebees in a social group is challenging. They suddenly adjust movements and change their appearance during different wing beat states while exhibiting significant similarities in their individual appearance. The MBT3D tracker, developed in this research, is an adaptation of an existing ant tracking algorithm for bumblebee tracking. It incorporates an offline trained appearance descriptor along with a Kalman Filter for appearance and motion matching. Different detector architectures for upstream detections (You Only Look Once (YOLOv5), Faster Region Proposal Convolutional Neural Network (Faster R-CNN), and RetinaNet) are investigated in a comparative study to optimize performance. The detection models were trained on a dataset containing 11359 labeled bumblebee images. YOLOv5 reaches an Average Precision of AP = 53, 8\%, Faster R-CNN achieves AP = 45, 3\% and RetinaNet AP = 38, 4\% on the bumblebee validation dataset, which consists of 1323 labeled bumblebee images. The tracker's appearance model is trained on 144 samples. The tracker (with Faster R-CNN detections) reaches a Multiple Object Tracking Accuracy MOTA = 93, 5\% and a Multiple Object Tracking Precision MOTP = 75, 6\% on a validation dataset containing 2000 images, competing with state-of-the-art computer vision methods. The framework allows reliable tracking of different bumblebees in the same video stream with rarely occurring identity switches (IDS). MBT3D has much lower IDS than other commonly used algorithms, with one of the lowest false positive rates, competing with state-of-the-art animal tracking algorithms. The developed framework reconstructs the 3-dimensional (3D) flight paths of the bumblebees by triangulation. It also handles and compares two alternative stereo camera pairs if desired.}, language = {en} } @masterthesis{Pauls2024, type = {Bachelor Thesis}, author = {Pauls, Benjamin}, title = {Energiewende im Stromsektor: Nachhaltigkeit {\"u}ber Umweltschutz hinaus}, school = {Fachhochschule Aachen}, pages = {IV, 88 Seiten}, year = {2024}, abstract = {Die Energiewende wird h{\"a}ufig als „nachhaltig" bezeichnet, das genaue Begriffsverst{\"a}ndnis bleibt jedoch vage. Diese Transformation von fossilen und nuklearen hin zu erneuerbaren Energiequellen steht im Fokus der Treibhausgasneutralit{\"a}t. So soll dem fortschreitenden Klimawandel entgegengetreten werden. Das Thema der vorliegenden Arbeit ist die Definition eines m{\"o}glichen Verst{\"a}ndnisses von „Nachhaltigkeit" in der Energiewende des deutschen Stromsektors. Die leitenden Forschungsfragen lauten: Was kann im Zusammenhang mit der Energiewende im Stromsektor Deutschlands unter Nachhaltigkeit verstanden werden? Inwieweit unterscheidet sich dieses Verst{\"a}ndnis von der bisherigen Herangehensweise? Die Datenbasis zur Beantwortung dieser liefern sechs leitfadengest{\"u}tzte Expert:inneninterviews. Als Analysemethode dient die inhaltliche Strukturierung nach Mayring (2015). Die qualitative Studie hat gezeigt, dass eine nachhaltige Energiewende den Menschen und die Natur zentralisiert. Weiter aufgeschl{\"u}sselt stehen die drei Nachhaltigkeitsdimensionen und die Generationengerechtigkeit. Dabei dient die {\"o}konomische Dimension der sozialen und {\"o}kologischen. Wichtig sind die Inklusion und Beteiligung von Bev{\"o}lkerung, Unternehmen und Politik. Gleichzeitig ist sie Herausforderung und Chance f{\"u}r einen positiven gesellschaftlichen Wandel. Technisch dienen Windenergie- und Photovoltaikanlagen als Energielieferanten und Wasserstoffsysteme als Zwischenspeicher, Stabilit{\"a}tssicherung und zur Kopplung der Sektoren. Damit ist Nachhaltigkeit die Chance, die Energiewende richtig zu gestalten und damit {\"u}ber Klimaneutralit{\"a}t hinauszugehen}, language = {de} } @article{BiewendtBlaschkeBoehnert2021, author = {Biewendt, Marcel and Blaschke, Florian and B{\"o}hnert, Arno}, title = {A review of contemporary challenges in business culture}, series = {International Journal of Applied Research in Business and Management}, volume = {2}, journal = {International Journal of Applied Research in Business and Management}, number = {1}, publisher = {Wohllebe \& Ross Publishing}, address = {Hamburg}, issn = {2700-8983}, doi = {10.51137/ijarbm.2021.2.1.1}, pages = {1 -- 12}, year = {2021}, abstract = {The following article deals with the basic principles of intercultural management and possible improvements in terms of cultural, ethnic and gender diversification. The results are exemplarily applied to a bank located in Germany. The aim of this paper is to find out to what extent intercultural management could improve the productivity of Relatos-Bank in dealing with foreign employees or employees with a different cultural background. To achieve this goal, the authors con-duct a literature research. The main sources of information are books, journal articles and internet sources. It becomes clear that especially the different perceptions of different generations have a potential for conflict, which can be counteracted by applying presented scientific models. Equalizing the salaries of female and male employees and equalizing the rights and distribution of power could also be the key to becoming an open-minded, dynamic and fair organization that is pre-pared for the rapidly changing environment in which it operates.}, language = {en} } @article{Biewendt2020, author = {Biewendt, Marcel}, title = {Sustainable development: A quantitative analysis regarding the impact of resource rents on state welfare from 2002 to 2017}, series = {SocioEconomic Challenges}, volume = {4}, journal = {SocioEconomic Challenges}, number = {4}, publisher = {ARMG Publishing}, address = {Sumy}, issn = {2520-6214}, doi = {10.21272/sec.4(4).119-131.2020}, pages = {119 -- 131}, year = {2020}, abstract = {This paper uses a quantitative analysis to examine the interdependence and impact of resource rents on socio-economic development from 2002 to 2017. Nigeria and Norway have been chosen as reference countries due to their abundance of natural resources by similar economic performance, while the ranking in the Human Development Index differs dramatically. As the Human Development Index provides insight into a country's cultural and socio-economic characteristics and development in addition to economic indicators, it allows a comparison of the two countries. The hypothesis presented and discussed in this paper was researched before. A qualitative research approach was used in the author's master's thesis "The Human Development Index (HDI) as a Reflection of Resource Abundance (using Nigeria and Norway as a case study)" in 2018. The management of scarce resources is an important aspect in the development of modern countries and those on the threshold of becoming industrialised nations. The effects of a mistaken resource management are not only of a purely economic nature but also of a social and socio-economic nature. In order to present a partial aspect of these dependencies and influences this paper uses a quantitative analysis to examine the interdependence and impact of resource rents on socio-economic development from 2002 to 2017. Nigeria and Norway have been chosen as reference countries due to their abundance of natural resources by similar economic performance, while the ranking in the Human Development Index differs significantly. As the Human Development Index provides insight into a country's cultural and socio-economic characteristics and development in addition to economic indicators, it allows a comparison of the two countries. This paper found out in a holistic perspective that (not or poorly managed) resource wealth in itself has a negative impact on socio-economic development and significantly reduces the productivity of the citizens of a state. This is expressed in particular for the years 2002 till 2017 in a negative correlation of GDP per capita and HDI value with the share respectively the size of resources in the GDP of a country.}, language = {en} } @article{AdelsMonakhova2024, author = {Adels, Klaudia and Monakhova, Yulia}, title = {Low-field NMR spectroscopic study of e-cigarettes: Is determination of only nicotine and organic carrier solvents possible?}, series = {Microchemical Journal}, volume = {203}, journal = {Microchemical Journal}, publisher = {Elsevier}, address = {Amsterdam}, issn = {1095-9149}, doi = {10.1016/j.microc.2024.110859}, pages = {9 Seiten}, year = {2024}, abstract = {Electronic cigarettes (e-cigarettes) have become popular worldwide with the market growing exponentially in some countries. The absence of product standards and safety regulations requires urgent development of analytical methodologies for the holistic control of the growing diversity of such products. An approach based on low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR) at 80 MHz is presented for the simultaneous determination of key parameters: carrier solvents (vegetable glycerine (VG), propylene glycol (PG) and water), total nicotine as well as free-base nicotine fraction. Moreover, qualitative and quantitative determination of fourteen weak organic acids deliberately added to enhance sensory characteristics of e-cigarettes was possible. In most cases these parameters can be rapidly and conveniently determined without using any sample manipulation such as dilution, extraction or derivatization steps. The method was applied for 37 authentic e-cigarettes samples. In particular, eight different organic acids with the content up to 56 mg/mL were detected. Due to its simplicity, the method can be used in routine regulatory control as well as to study release behaviour of nicotine and other e-cigarettes constituents in different products.}, language = {en} } @article{MoehrenBergmannJanseretal.2024, author = {M{\"o}hren, Felix and Bergmann, Ole and Janser, Frank and Braun, Carsten}, title = {Assessment of structural mechanical effects related to torsional deformations of propellers}, series = {CEAS Aeronautical Journal}, journal = {CEAS Aeronautical Journal}, publisher = {Springer}, address = {Wien}, issn = {1869-5590 (eISSN)}, doi = {10.1007/s13272-024-00737-7}, pages = {22 Seiten}, year = {2024}, abstract = {Lifting propellers are of increasing interest for Advanced Air Mobility. All propellers and rotors are initially twisted beams, showing significant extension-twist coupling and centrifugal twisting. Torsional deformations severely impact aerodynamic performance. This paper presents a novel approach to assess different reasons for torsional deformations. A reduced-order model runs large parameter sweeps with algebraic formulations and numerical solution procedures. Generic beams represent three different propeller types for General Aviation, Commercial Aviation, and Advanced Air Mobility. Simulations include solid and hollow cross-sections made of aluminum, steel, and carbon fiber-reinforced polymer. The investigation shows that centrifugal twisting moments depend on both the elastic and initial twist. The determination of the centrifugal twisting moment solely based on the initial twist suffers from errors exceeding 5\% in some cases. The nonlinear parts of the torsional rigidity do not significantly impact the overall torsional rigidity for the investigated propeller types. The extension-twist coupling related to the initial and elastic twist in combination with tension forces significantly impacts the net cross-sectional torsional loads. While the increase in torsional stiffness due to initial twist contributes to the overall stiffness for General and Commercial Aviation propellers, its contribution to the lift propeller's stiffness is limited. The paper closes with the presentation of approximations for each effect identified as significant. Numerical evaluations are necessary to determine each effect for inhomogeneous cross-sections made of anisotropic material.}, language = {en} } @article{ThomaGardiFisheretal.2024, author = {Thoma, Andreas and Gardi, Alessandro and Fisher, Alex and Braun, Carsten}, title = {Improving local path planning for UAV flight in challenging environments by refining cost function weights}, series = {CEAS Aeronautical Journal}, journal = {CEAS Aeronautical Journal}, publisher = {Springer}, address = {Wien}, issn = {1869-5590 (eISSN)}, doi = {10.1007/s13272-024-00741-x}, pages = {12 Seiten}, year = {2024}, abstract = {Unmanned Aerial Vehicles (UAV) constantly gain in versatility. However, more reliable path planning algorithms are required until full autonomous UAV operation is possible. This work investigates the algorithm 3DVFH* and analyses its dependency on its cost function weights in 2400 environments. The analysis shows that the 3DVFH* can find a suitable path in every environment. However, a particular type of environment requires a specific choice of cost function weights. For minimal failure, probability interdependencies between the weights of the cost function have to be considered. This dependency reduces the number of control parameters and simplifies the usage of the 3DVFH*. Weights for costs associated with vertical evasion (pitch cost) and vicinity to obstacles (obstacle cost) have the highest influence on the failure probability of the local path planner. Environments with mainly very tall buildings (like large American city centres) require a preference for horizontal avoidance manoeuvres (achieved with high pitch cost weights). In contrast, environments with medium-to-low buildings (like European city centres) benefit from vertical avoidance manoeuvres (achieved with low pitch cost weights). The cost of the vicinity to obstacles also plays an essential role and must be chosen adequately for the environment. Choosing these two weights ideal is sufficient to reduce the failure probability below 10\%.}, language = {en} } @article{BoehnertBlaschkeBiewendt2023, author = {B{\"o}hnert, Arno and Blaschke, Florian and Biewendt, Marcel}, title = {Impact of sustainability on the strategic direction of luxury companies}, series = {European Journal of Marketing and Economics}, volume = {6}, journal = {European Journal of Marketing and Economics}, number = {1}, publisher = {Revistia}, address = {London}, issn = {2601-8659}, pages = {70 -- 85}, year = {2023}, abstract = {Today's society is undergoing a paradigm shift driven by the megatrend of sustainability. This undeniably affects all areas of Western life. This paper aims to find out how the luxury industry is dealing with this change and what adjustments are made by the companies. For this purpose, interviews were conducted with managers from the luxury industry, in which they were asked about specific measures taken by their companies as well as trends in the industry. In a subsequent evaluation, the trends in the luxury industry were summarized for the areas of ecological, social, and economic sustainability. It was found that the area of environmental sustainability is significantly more focused than the other sub-areas. Furthermore, the need for a customer survey to validate the industry-based measures was identified.}, language = {en} } @article{BiewendtBlaschkeBoehnert2021, author = {Biewendt, Marcel and Blaschke, Florian and B{\"o}hnert, Arno}, title = {Motivational factors in organisational change}, series = {SocioEconomic Challenges}, volume = {5}, journal = {SocioEconomic Challenges}, number = {3}, publisher = {ARMG}, address = {Sumy}, issn = {2520-6214}, doi = {10.21272/sec.5(3).15-27.2021}, pages = {15 -- 27}, year = {2021}, abstract = {The presented paper gives an overview of the most important and most common theories and concepts from the economic field of organisational change and is also enriched with quantitative publication data, which underlines the relevance of the topic. In particular, the topic presented is interwoven in an interdisciplinary way with economic psychological models, which are underpinned within the models with content from leading scholars in the field. The pace of change in companies is accelerating, as is technological change in our society. Adaptations of the corporate structure, but also of management techniques and tasks, are therefore indispensable. This includes not only the right approaches to employee motivation, but also the correct use of intrinsic and extrinsic motivational factors. Based on the hypothesis put forward by the scientist and researcher Rollinson in his book "Organisational behaviour and analysis" that managers believe motivational resources are available at all times, socio-economic and economic psychological theories are contrasted here in order to critically examine this statement. In addition, a fictitious company was created as a model for this work in order to illustrate the effects of motivational deficits in practice. In this context, the theories presented are applied to concrete problems within the model and conclusions are drawn about their influence and applicability. This led to the conclusion that motivation is a very individual challenge for each employee, which requires adapted and personalised approaches. On the other hand, the recommendations for action for supervisors in the case of motivation deficits also cannot be answered in a blanket manner, but can only be solved with the help of professional, expert-supported processing due to the economic-psychological realities of motivation. Identifying, analysing and remedying individual employee motivation deficits is, according to the authors, a problem and a challenge of great importance, especially in the context of rapidly changing ecosystems in modern companies, as motivation also influences other factors such as individual productivity. The authors therefore conclude that good motivation through the individual and customised promotion and further training of employees is an important point for achieving important corporate goals in order to remain competitive on the one hand and to create a productive and pleasant working environment on the other.}, language = {en} } @article{TixMollKrafftetal.2024, author = {Tix, Julian and Moll, Fabian and Krafft, Simone and Betsch, Matthias and Tippk{\"o}tter, Nils}, title = {Hydrogen production from enzymatic pretreated organic waste with thermotoga neapolitana}, series = {Energies}, volume = {17}, journal = {Energies}, number = {12}, publisher = {MDPI}, address = {Basel}, issn = {1996-1073}, doi = {10.3390/en17122938}, pages = {20 Seiten}, year = {2024}, abstract = {Biomass from various types of organic waste was tested for possible use in hydrogen production. The composition consisted of lignified samples, green waste, and kitchen scraps such as fruit and vegetable peels and leftover food. For this purpose, the enzymatic pretreatment of organic waste with a combination of five different hydrolytic enzymes (cellulase, amylase, glucoamylase, pectinase and xylase) was investigated to determine its ability to produce hydrogen (H2) with the hydrolyzate produced here. In course, the anaerobic rod-shaped bacterium T. neapolitana was used for H2 production. First, the enzymes were investigated using different substrates in preliminary experiments. Subsequently, hydrolyses were carried out using different types of organic waste. In the hydrolysis carried out here for 48 h, an increase in glucose concentration of 481\% was measured for waste loads containing starch, corresponding to a glucose concentration at the end of hydrolysis of 7.5 g·L-1. In the subsequent set fermentation in serum bottles, a H2 yield of 1.26 mmol H2 was obtained in the overhead space when Terrific Broth Medium with glucose and yeast extract (TBGY medium) was used. When hydrolyzed organic waste was used, even a H2 yield of 1.37 mmol could be achieved in the overhead space. In addition, a dedicated reactor system for the anaerobic fermentation of T. neapolitana to produce H2 was developed. The bioreactor developed here can ferment anaerobically with a very low loss of produced gas. Here, after 24 h, a hydrogen concentration of 83\% could be measured in the overhead space.}, language = {en} } @article{BlockViebahnJungbluth2024, author = {Block, Simon and Viebahn, Peter and Jungbluth, Christian}, title = {Analysing direct air capture for enabling negative emissions in Germany: an assessment of the resource requirements and costs of a potential rollout in 2045}, series = {Frontiers in Climate}, volume = {6}, journal = {Frontiers in Climate}, publisher = {Frontiers}, address = {Lausanne}, issn = {2624-9553}, doi = {10.3389/fclim.2024.1353939}, pages = {18 Seiten}, year = {2024}, abstract = {Direct air capture (DAC) combined with subsequent storage (DACCS) is discussed as one promising carbon dioxide removal option. The aim of this paper is to analyse and comparatively classify the resource consumption (land use, renewable energy and water) and costs of possible DAC implementation pathways for Germany. The paths are based on a selected, existing climate neutrality scenario that requires the removal of 20 Mt of carbon dioxide (CO2) per year by DACCS from 2045. The analysis focuses on the so-called "low-temperature" DAC process, which might be more advantageous for Germany than the "high-temperature" one. In four case studies, we examine potential sites in northern, central and southern Germany, thereby using the most suitable renewable energies for electricity and heat generation. We show that the deployment of DAC results in large-scale land use and high energy needs. The land use in the range of 167-353 km2 results mainly from the area required for renewable energy generation. The total electrical energy demand of 14.4 TWh per year, of which 46\% is needed to operate heat pumps to supply the heat demand of the DAC process, corresponds to around 1.4\% of Germany's envisaged electricity demand in 2045. 20 Mt of water are provided yearly, corresponding to 40\% of the city of Cologne's water demand (1.1 million inhabitants). The capture of CO2 (DAC) incurs levelised costs of 125-138 EUR per tonne of CO2, whereby the provision of the required energy via photovoltaics in southern Germany represents the lowest value of the four case studies. This does not include the costs associated with balancing its volatility. Taking into account transporting the CO2 via pipeline to the port of Wilhelmshaven, followed by transporting and sequestering the CO2 in geological storage sites in the Norwegian North Sea (DACCS), the levelised costs increase to 161-176 EUR/tCO2. Due to the longer transport distances from southern and central Germany, a northern German site using wind turbines would be the most favourable.}, language = {en} } @masterthesis{Ackermann2024, type = {Bachelor Thesis}, author = {Ackermann, Vincent}, title = {Filos : Design eines Front-Ends f{\"u}r das robotergef{\"u}hrte Laser-Osteotom-System STELLA.}, publisher = {FH Aachen}, address = {Aachen}, pages = {70 Seiten}, year = {2024}, abstract = {In der Abschlussarbeit „FILOS" wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut f{\"u}r Lasertechnik (ILT) ein Front-End f{\"u}r das laserbasierte Osteotom STELLA entwickelt. STELLA soll Kraniotomie (das Er{\"o}ffnen des Sch{\"a}dels) im wachen Zustand erm{\"o}glichen und erfordert eine benutzerfreundliche Bedienungsplattform sowie ein funktionales und {\"a}sthetisches Design. Das Ziel von „FILOS" war es, ein Geh{\"a}use zu entwerfen, das den medizinischen Anforderungen entspricht, und ein Bedienkonzept zu entwickeln, dass die Akzeptanz bei Patient:innen und Anwender:innen f{\"o}rdert. Durch Expert:innen-Interviews mit Neurochirurg:innen und enge Zusammenarbeit mit dem ILT wurde ein durchdachtes Design entwickelt. Dieses soll den Anforderungen der Anwender:innen gerecht werden, das zuk{\"u}nftige Operationssystem repr{\"a}sentieren und somit einen Mehrwert in der Medizin schaffen.}, language = {de} } @masterthesis{Bartz2024, type = {Bachelor Thesis}, author = {Bartz, Markus}, title = {Dupiano : Ein aus einem Bauelement auffaltbarer Keyboradst{\"a}nder mit dem Erscheinungsbild eines akustischen Klavieres.}, publisher = {FH Aachen}, address = {Aachen}, pages = {123 Seiten}, year = {2024}, abstract = {Klavierspielende K{\"u}nstlerinnen und K{\"u}nstler finden sich auf der B{\"u}hne meist an einer Kombination aus Keyboard und Keyboardst{\"a}nder wieder. Zwar kann der Klang eines Klaviers technisch brillant simuliert werden, jedoch verliert das B{\"u}hnenbild den Mehrwert eines traditionellen Klaviers. Um diesem Verlust von Authentizit{\"a}t und Wohlgef{\"u}hl auf der B{\"u}hne endlich etwas entgegenzusetzen, soll ein "dupiano" g{\"a}ngige Keyboardst{\"a}nder ersetzen und s{\"a}mtliche Keyboards in das Erscheinungsbild eines akustischen Klaviers h{\"u}llen. Dadurch sollen auch die visuellen Eindr{\"u}cke, verkn{\"u}pft mit den akustischen, an Authentizit{\"a}t gewinnen und den Klavierauftritt vervollst{\"a}ndigen. Es ist leicht, stabil und ohne Werkzeug in unter 10 Sekunden aufbaubar. Auch der Abbau geschieht in unter 10 Sekunden. Verstaut werden kann es von einer Person in jedem Kofferraum. "dupiano" - was nach Klavier klingt, soll auch so aussehen!}, language = {de} } @article{BiewendtBoehnertBlaschke2020, author = {Biewendt, Marcel and B{\"o}hnert, Arno and Blaschke, Florian}, title = {The repercussions of the digital twin in the automotive industry on the new marketing logic}, series = {European Journal of Marketing and Economics}, volume = {4}, journal = {European Journal of Marketing and Economics}, number = {1}, publisher = {Revistia}, address = {London}, issn = {2601-8659}, doi = {10.26417/229eim64f}, pages = {68 -- 73}, year = {2020}, abstract = {Rapid development of virtual and data acquisition technology makes Digital Twin Technology (DT) one of the fundamental areas of research, while DT is one of the most promissory developments for the achievement of Industry 4.0. 48\% percent of organisations implementing the Internet of Things are already using DT or plan to use DT in 2020. The global market for DT is expected to grow by 38 percent annually, reaching USD16 billion by 2023. In addition, the number of participating organisations using digital twins is expected to triple by 2022. DTs are characterised by the integration between physical and virtual spaces. The driving idea for DT is to develop, test and build our devices in a virtual environment. The objective of this paper is to study the impact of DT in the automotive industry on the new marketing logic. This paper outlines the current challenges and possible directions for the future DT in marketing. This paper will be helpful for managers in the industry to use the advantages and potentials of DT.}, language = {en} } @article{BiewendtBlaschkeBoehnert2020, author = {Biewendt, Marcel and Blaschke, Florian and B{\"o}hnert, Arno}, title = {An evaluation of corporate sustainability in context of the Jevons paradox}, series = {SocioEconomic Challenges}, volume = {4}, journal = {SocioEconomic Challenges}, number = {3}, publisher = {ARMG Publishing}, address = {Sumy}, issn = {2520-6214}, doi = {10.21272/sec.4(3).46-65.2020}, pages = {46 -- 65}, year = {2020}, abstract = {The successful implementation and continuous development of sustainable corporate-level solutions is a challenge. These are endeavours in which social, environmental, and financial aspects must be weighed against each other. They can prove difficult to handle and, in some cases, almost unrealistic. Concepts such as green controlling, IT, and manufacturing look promising and are constantly evolving. This paper aims to achieve a better understanding of the field of corporate sustainability (CS). It will evaluate the hypothesis by which Corporate Sustainability thrives, via being efficient, increasing the performance, and raising the value of the input of the enterprises to the resources used. In fact, Corporate Sustainability on the surface could seem to contradict the idea, which supports the understanding that it encourages the reduction of the heavy reliance on the use of natural resources, the overall environmental impact, and above all, their protection. To understand how the contradictory notion of CS came about, in this part of the paper, the emphasis is placed on providing useful insight to this regard. The first part of this paper summarizes various definitions, organizational theories, and measures used for CS and its derivatives like green controlling, IT, and manufacturing. Second, a case study is given that combines the aforementioned sustainability models. In addition to evaluating the hypothesis, the overarching objective of this paper is to demonstrate the use of green controlling, IT, and manufacturing in the corporate sector. Furthermore, this paper outlines the current challenges and possible directions for CS in the future.}, language = {en} } @article{BiewendtBlaschkeBoehnert2020, author = {Biewendt, Marcel and Blaschke, Florian and B{\"o}hnert, Arno}, title = {The rebound effect - a systematic review of the current state of affairs}, series = {European Journal of Economics and Business Studies}, volume = {6}, journal = {European Journal of Economics and Business Studies}, number = {1}, publisher = {Revistia}, address = {London}, issn = {2601-8659}, doi = {10.26417/134nvy47z}, pages = {106 -- 120}, year = {2020}, abstract = {This publication is intended to present the current state of research on the rebound effect. First, a systematic literature review is carried out to outline (current) scientific models and theories. Research Question 1 follows with a mathematical introduction of the rebound effect, which shows the interdependence of consumer behaviour, technological progress, and interwoven effects for both. Thereupon, the research field is analysed for gaps and limitations by a systematic literature review. To ensure quantitative and qualitative results, a review protocol is used that integrates two different stages and covers all relevant publications released between 2000 and 2019. Accordingly, 392 publications were identified that deal with the rebound effect. These papers were reviewed to obtain relevant information on the two research questions. The literature review shows that research on the rebound effect is not yet comprehensive and focuses mainly on the effect itself rather than solutions to avoid it. Research Question 2 finds that the main gap, and thus the limitations, is that not much research has been published on the actual avoidance of the rebound effect yet. This is a major limitation for practical application by decision-makers and politicians. Therefore, a theoretical analysis was carried out to identify potential theories and ideas to avoid the rebound effect. The most obvious idea to solve this problem is the theory of a Steady-State Economy (SSE), which has been described and reviewed.}, language = {en} } @incollection{SchneiderWisselinkCzarneckietal.2024, author = {Schneider, Dominik and Wisselink, Frank and Czarnecki, Christian and N{\"o}lle, Nikolai}, title = {Benefits and framework conditions for information-driven business models concerning the Internet of Things}, series = {Digitalization in companies}, booktitle = {Digitalization in companies}, publisher = {Springer}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-39093-8 (Print)}, doi = {10.1007/978-3-658-39094-5_5}, pages = {59 -- 75}, year = {2024}, abstract = {In the context of the increasing digitalization, the Internet of Things (IoT) is seen as a technological driver through which completely new business models can emerge in the interaction of different players. Identified key players include traditional industrial companies, municipalities and telecommunications companies. The latter, by providing connectivity, ensure that small devices with tiny batteries can be connected almost anywhere and directly to the Internet. There are already many IoT use cases on the market that provide simplification for end users, such as Philips Hue Tap. In addition to business models based on connectivity, there is great potential for information-driven business models that can support or enhance existing business models. One example is the IoT use case Park and Joy, which uses sensors to connect parking spaces and inform drivers about available parking spaces in real time. Information-driven business models can be based on data generated in IoT use cases. For example, a telecommunications company can add value by deriving more decision-relevant information - called insights - from data that is used to increase decision agility. In addition, insights can be monetized. The monetization of insights can only be sustainable, if careful attention is taken and frameworks are considered. In this chapter, the concept of information-driven business models is explained and illustrated with the concrete use case Park and Joy. In addition, the benefits, risks and framework conditions are discussed.}, language = {en} } @misc{ThielTippkoetterMuffleretal.2012, author = {Thiel, A. and Tippk{\"o}tter, Nils and Muffler, K. and Ruf, F. and Sohling, U. and Ulber, Roland}, title = {Optimierung der Wertsch{\"o}pfungskette bei der Aufarbeitung von Rapsschrot mit Zeolithen}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {84}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {8}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201250028}, pages = {1191 -- 1192}, year = {2012}, abstract = {Im vom BMELV/FNR gef{\"o}rderten SynRg-Projekt wurde unter anderem Rapsschrot untersucht, um Polyphenole zu isolieren und aufzureinigen. Diese sollen anschließend als Basisbausteine f{\"u}r Polymere dienen und ihnen neuartige Eigenschaften verleihen. Derzeit wird an der Polyphenolextraktion gearbeitet, da bei organischen oder w{\"a}ssrigen Extraktionsprozessen {\"u}berwiegend Sinapin, ein Cholinester der Sinapins{\"a}ure, vorliegt und dieses nicht f{\"u}r die Polymerbildung eingesetzt werden kann. F{\"u}r die im Fokus stehende Sinapins{\"a}ure wird deshalb eine simultane Extraktion und enzymatische oder chemische Hydrolyse von Sinapin zu Sinapins{\"a}ure durchgef{\"u}hrt. Durch die Hydrolyse konnte die Sinapins{\"a}ureausbeute bereits um den Faktor 6,2 auf 15,8 mg g⁻¹ gegen{\"u}ber einer reinw{\"a}ssrigen Extraktion gesteigert werden. F{\"u}r die Aufreinigung des an Sinapins{\"a}ure reichen Extrakts erfolgt anschließend ein adsorptiver Aufarbeitungsschritt, bei dem Zeolithe zum Einsatz kommen. Mit diesem Material ist es m{\"o}glich, die Sinapins{\"a}ure quantitativ zu adsorbieren und sp{\"a}ter mit 70 \%igem Ethanol bei 60 °C zu desorbieren. Bei den Adsorbern handelt es sich um b-Zeolithe von der S{\"u}d-Chemie AG.}, language = {de} } @misc{WiesenTippkoetterMuffleretal.2012, author = {Wiesen, S. and Tippk{\"o}tter, Nils and Muffler, K. and Sohling, U. and Ruf, F. and Ulber, Roland}, title = {Nutzung von Rohglycerin: Rohglycerin-Aufarbeitung, Herstellung von 1, 3-Propandiol und R{\"u}ckgewinnung von Fetts{\"a}uren}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {84}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {8}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201250265}, pages = {1296}, year = {2012}, abstract = {Die fermentative Verwertung von Rohglycerin setzt je nach Herstellungsmethode und Produktionsorganismus eine Vorbehandlung des Glycerins zur Entfernung von Produktinhibitoren voraus. Durch den Einsatz von Hydrotalcit-Adsorbern k{\"o}nnen die im Rohglycerin enthaltenen Fetts{\"a}uren entfernt werden. Durch diese einfache Aufarbeitungsmethode ist ein mit reinem Glycerin vergleichbarer Umsatz von stark mit Fetts{\"a}uren verunreinigtem Rohglycerin zu 1,3-Propandiol (PDO) m{\"o}glich. Die durch den Hydrotalcit gebundenen Fetts{\"a}uren lassen sich mit einem Ethanol-Wasser-Gemisch eluieren. Somit kann der Adsorber regeneriert und die Fetts{\"a}uren wieder der Wertsch{\"o}pfungskette zugef{\"u}hrt werden. Im Fed-Batch-Experiment kann mit C. diolis eine PDO-Konzentration von {\"u}ber 50 g L⁻¹ unter Verwendung des aufgereinigten Rohglycerins erzielt werden. In der industriellen Produktion wird PDO momentan destillativ aufgearbeitet. Ein adsorptives Aufarbeitungsverfahren kann den Energiebedarf des Herstellungsprozesses drastisch senken. Auf der Suche nach einem geeigneten Material wurde ein Adsorberscreening in Bezug auf die Bindungseigenschaften durchgef{\"u}hrt. Mit einem b-Zeolith der Firma S{\"u}d ChemieAG konnte bisher die h{\"o}chste Beladung im Modellsystem von 120 mg PDO/gAdsorber erreicht werden.}, language = {de} } @misc{DuweTippkoetterLeipoldetal.2012, author = {Duwe, A. and Tippk{\"o}tter, Nils and Leipold, D. and Riemer, S. and Zorn, H. and Ulber, Roland}, title = {Holzhydrolyse als Feststoffreaktion: Charakterisierung von Inhibitoren und Erh{\"o}hung der Ausbeute durch den Einsatz lignolytischer Enzyme}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {84}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {8}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201250298}, pages = {1307}, year = {2012}, abstract = {Der Erhalt m{\"o}glichst hoher Zuckerkonzentrationen f{\"u}r nachfolgende Fermentationen und eine Steigerung der Produktivit{\"a}t sind Ziele der Hydrolyse bei hohen Feststoffkonzentrationen im Rahmen des Projekts „Lignocellulose Bioraffinerie". Verwendet wird durch ein Organosolv-Verfahren aufgeschlossenes Buchenholz. Die Hydrolyse des Faserstoffes erfolgt mithilfe von CTec2-Enzymen (Fa. Novozymes). Zurzeit k{\"o}nnen unter Einsatz eines neuen Feststoffreaktors Cellulosefasern in einer Konzentration bis 400 g L⁻¹ enzymatisch hydrolysiert werden. Dabei werden Ausbeuten (g Glucose/g Cellulose im Faserstoff) bis 0,86 g g⁻¹ und Glucosekonzentrationenvon 120 g L⁻¹ erreicht. Ein Nachteil ist jedoch die hierbei auftretende Abnahme der Hydrolyseausbeuten. Zahlreiche Limitierungen bez{\"u}glich der Hydrolysierbarkeit von Lignocellulose werden zurzeit diskutiert und publiziert. Ziel der Untersuchungen ist die Identifizierung hydrolysehemmender Substanzen sowie die Erh{\"o}hung der Ausbeute an Zuckermonomeren durch den Einsatz lignolytischer Enzyme. Hierbei wird eine HPLC-MS-Methode zur Charakterisierung hemmender Substanzen eingesetzt, um potenzielle Inhibitoren zu erfassen.}, language = {de} } @misc{WollnyStadtmuellerTippkoetteretal.2012, author = {Wollny, S. and Stadtm{\"u}ller, R. and Tippk{\"o}tter, Nils and Oster, J. and Kampeis, P. and Ulber, Roland}, title = {Optimierung der selektiven Aufarbeitung von Proteinen mit Aptamer-funktionalisierten Magnetpartikeln}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {84}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {8}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201250031}, pages = {1203}, year = {2012}, abstract = {Die Herstellung pharmakologisch relevanter Proteine durch Mikroorganismen f{\"u}hrt eine mehrstufige Aufarbeitung mit sich. Durch die Verwendung von Aptameren, kurzen einzelstr{\"a}ngigen DNA- oder RNA-Oligonukleotiden immobilisiert auf funktionalisierten, wiederverwendbaren Magnetpartikeln, k{\"o}nnen mehrere dieser Abtrennungsoperationen kombiniert und damit die Prozesskosten minimiert werden. Aufgrund der definierten dreidimensionalen Struktur k{\"o}nnen Aptamere kleine organische Molek{\"u}le hochspezifisch binden. Im vorgestellten Projekt wird die Aufarbeitung von His6-GFP als Modellprotein mithilfe der mit Aptamer funktionalisierten Magnetpartikel durchgef{\"u}hrt. In bisherigen Versuchen wurde die Bindung von Aptameren auf den magnetischen Partikeln sowie die Bindung des Modellproteins GFP auf den Partikeln optimiert. Des Weiteren wurden mehrere Strategien zur Elution des GFPs von den Partikeln verfolgt, um den Proteinertrag zu maximieren und die Partikel rezyklieren zu k{\"o}nnen. Die Untersuchung unspezifischer Bindungen von Zelltr{\"u}mmern und Proteinen an die Magnetpartikel wurde mithilfe eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops durchgef{\"u}hrt.}, language = {de} } @misc{StadtmuellerWollnyTippkoetteretal.2012, author = {Stadtm{\"u}ller, R. and Wollny, S. and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Amplifikation und Einsatz von ssDNA-Aptameren}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {84}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {8}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201250112}, pages = {1294}, year = {2012}, abstract = {Die wachsende Produktpalette von z. B. Pharmazeutika geht mit einer steigenden Nachfrage f{\"u}r hochsensitive/schonende Aufreinigungstechniken einher. Bisherige Verfahren f{\"u}hren oft zu geringer Reinheit und verminderter Bioaktivit{\"a}t, zeigen eine Limitation der Analytengr{\"o}ße oder bedingen dessen Modifikation. Durch die Kombination von mikroskaligen Magnetpartikeln und spezifisch wechselwirkenden Einzelstrang-DNA-Oligonukleotiden, den sog. ssDNA-Aptameren, sind eine h{\"o}here Selektivit{\"a}t/Reinheit und eine Automatisierung m{\"o}glich. In diesem Kontext werden zum einen ssDNA-Amplifikationstechniken und zum anderen der praktische Einsatz von Aptameren in einer Magnetseparation vorgestellt. Die ssDNA-Synthese basiert auf einem In-vivo-dsDNA-Produktionsschritt mittels eines rekombinanten Escherichia coli. Die als High-copy-Plasmid organisierte Sequenz wird in vitro durch Kombination verschiedener enzymatischer Reaktionen in die funktionelle ssDNA {\"u}berf{\"u}hrt. Diese Technik bedingt nur minimale Instrumentierung bzw. Prozessregelung. Die zweite Synthesetechnik wird in Form eines In-vitro-Amplifikationsverfahrens realisiert und beruht auf dem Prinzip einer PCR (Potenzial zu einer Automatisierung bzw. Miniaturisierung). Die gewonnenen Aptamere werden im Anschluss in einem auf Magnetpartikeln basierten Trennverfahren zur Isolationvon 6xHis-tag-Proteinen bez{\"u}glich ihrer Eigenschaften untersucht.}, language = {de} } @misc{TippkoetterWiesenThieletal.2014, author = {Tippk{\"o}tter, Nils and Wiesen, S. and Thiel, A. and Muffler, K. and Ulber, Roland}, title = {Biotechnologische Wertstoffgewinnung entlang der Prozessketten Gr{\"u}ner und Pflanzen{\"o}l-Bioraffinerien}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450283}, pages = {1605}, year = {2014}, abstract = {Der nachwachsende Rohstoff Raps ist in großen Mengen verf{\"u}gbar und eine Quelle f{\"u}r Biomolek{\"u}le mit hohem Wertsch{\"o}pfungspotenzial. Entwicklungen zur biotechnologischen Wertstoffgewinnung werden dabei schwerpunktm{\"a}ßig in den Bereichen Aufarbeitung und Funktionalisierung von Polyphenolen und Fetten betrieben. Bei der Verarbeitung der Pflanzenmaterialien werden dabei insbesondere Verfahren zur adsorptiven Aufreinigung und Auftrennung mittels Materialien mit modifizierten Bleicherden und anderen organischen oder anorganischen Adsorbentien untersucht. Ferner wurden f{\"u}r die Aufreinigung von Polyphenolen adsorptive sowie extraktive Prozesse entwickelt. Bei den Entwicklungen wird ber{\"u}cksichtigt, dass Bioraffinerien auf eine fortw{\"a}hrende Gew{\"a}hrleistung eines hohen Produktions- bzw. Lieferbedarfs nachwachsender Rohstoffe angewiesen sind. Somit werden Optionen dezentraler regionaler Vorbehandlungs- und Wertsch{\"o}pfungsketten in der N{\"a}he landwirtschaftlicher Betriebe einbezogen. Neben neuen Aufreinigungsverfahren werden mikrobielle und enzymatische Prozesse zur wertsteigernden Umsetzung von Glycerin, Polyphenolen und Zuckermonomeren vorgestellt sowie Limitierungen nachwachsender Rohstoffe der 2. Generation diskutiert.}, language = {de} } @misc{AlKaidyUlberTippkoetter2014, author = {Al-Kaidy, H. and Ulber, Roland and Tippk{\"o}tter, Nils}, title = {Eine Plattform-Technologie f{\"u}r die automatisierte Reaktionsf{\"u}hrung in magnetisierbaren mikrofluidischen Tropfen}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450424}, pages = {1419 -- 1420}, year = {2014}, abstract = {{\"U}blicherweise werden biotechnologische Reaktionssysteme im mikrofluidischen Maßstab in vorstrukturierten Bauteilen oder mit auf Wellplatten basierenden Robotersystemen realisiert. In dem hier vorgestellten System werden chemische oder biologische Reaktionen mit magnetischen Mikroreaktoren (MR) durchgef{\"u}hrt, bei denen hydrophobe magnetische Mikropartikel einen w{\"a}ssrigen Kern umschließen. Solche MR bieten eine gute Kontrolle der Reaktionsbedingungen, eine verbesserte Sicherheit und Portabilit{\"a}t. Die neue Plattformtechnologie erm{\"o}glicht die zweidimensionale Bewegung der magnetischen MR auf einer planaren Ebene. Oberhalb oder unterhalb der Plattform werden Magnetfeldgradienten zum Manipulieren und Bewegen eines oder mehrerer magnetischer MR erzeugt. Die optimal auf die MR wirkenden magnetischen Kr{\"a}fte werden experimentell ermittelt und simuliert. Die Aktivierung der Magnetfelder wird automatisiert durch elektrische Spulen mit Eisenkern bzw. Neodymmagnet gesteuert. Angewendet wurde das System beim reversiblen {\"O}ffnen von MR, um z. B. Reaktionspartner in den w{\"a}ssrigen Kern zu injizieren oder Proben zu entnehmen. Ferner wurde Lac-case A und b-Glucosidase auf einer Quarzglasoberfl{\"a}che immobilisiert und mit einem MR zum Reagieren gebracht. Weiterhin wurden MR fusioniert und so ein w{\"a}ssriger Kern bestehend aus Laccase mit einem aus dem entsprechenden Substrat Syringaldazin vereint.}, language = {de} } @misc{AlKaidyTippkoetterKaiseretal.2014, author = {Al-Kaidy, H. and Tippk{\"o}tter, Nils and Kaiser, P. and Wollny, S. and Ulber, Roland}, title = {Aufreinigung von Cytochrom P450BMP mittels magnetischer Partikel und die enzymatische Synthese von 9, 10-Dihydroxystearins{\"a}ure}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450420}, pages = {1420}, year = {2014}, abstract = {Cytochrom P450 sind H{\"a}m-Proteine, die zur Enzymklasse der Oxidoreduktasen (EC 1.14.xy) geh{\"o}ren. Eine wichtige Reaktion ist die Hydroxylierung nichtaktivierter C-H-Bindungen, die in technischen Systemen von großem Interesse ist. Durch die Verwendung von M-IDA-2-Partikeln ist eine direkte Aufreinigung mit gleichzeitiger Immobilisierung und die Applikation der Enzyme aus dem Zelllysat m{\"o}glich. Damit ist das Verfahren mehr als f{\"u}nf Stunden schneller als die konventionelle Chromatographie und mehr als 80 \% der Aufreinigungszeit wird gespart. Mit dem isolierten nativen Enzym konnte die Plattformchemikalie 9,10-Dihydroxystearins{\"a}ure aus {\"O}ls{\"a}ure hergestellt werden. Unter anderem f{\"u}r die Kunststoffindustrie k{\"o}nnen aus diesem Produkt wichtige Monomere wie z. B. Azelains{\"a}ure hergestellt werden. Die Bildung des Produkts erfolgt in einem zweiphasigen Reaktionssystem an der Grenzfl{\"a}che zwischen dem {\"O}l und der w{\"a}ssrigen Phase als Feststoff. Um das immobilisierte Enzym aktiv in die obere Phase zu transportieren, wurde eine neue magnetische Mischvorrichtung entwickelt. Das Reaktionsprodukt wurde mit NMR, GC-MS und HPLC-MS analysiert und mit einem chemisch synthetisierten Standard von 9,10-Dihydroxystearins{\"a}ure verglichen. Derzeit werden Studien des immobilisierten H{\"a}ms des Enzyms durchgef{\"u}hrt.}, language = {de} } @misc{StadtmuellerTippkoetterUlber2014, author = {Stadtm{\"u}ller, R. and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Produktion von einzelstr{\"a}ngigen DNA-Makronukleotiden}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450372}, pages = {1403}, year = {2014}, abstract = {In der Biotechnologie stellt Einzelstrang-DNA (ssDNA) eine Schl{\"u}sselrolle dar und fungiert z. B. als Baustein f{\"u}r die nanoskalige Feinmechanik oder als Affinit{\"a}tsligand, ein sog. Aptamer. Hinsichtlich der industriellen Verwendung bieten Aptamere im Vergleich zu Antik{\"o}rpern viele Vorteile, wie z. B. eine gute Renaturierung bzw. die Selektion f{\"u}r cytotoxische Molek{\"u}le. Aktuell w{\"a}chst die Nachfrage f{\"u}r chim{\"a}re Aptamere von bis zu 200 n, um die simultane Bindung bzw. die Modifikation mehrerer Molek{\"u}le zu realisieren. Bis heute wird ssDNA mittels einer sequentiellen Synthese hergestellt, die eine Effizienz von ca. 99,5 \% je Zyklus und bereits bei einer Produktl{\"a}nge von 100 n nur noc hAusbeuten von max. 60 \% zeigt. Um dem Bedarf an ssDNA im Bereich > 100 n zu entsprechen, wurden zwei enzymatische Verfahren zur Produktion dieser Makronukleotide entworfen. Die erste Technik basiert auf einerFestphasen-PCR und erm{\"o}glicht sowohlein Primer- als auch ein Templatrecycling. Das zweite Verfahren beruht auf einer Plasmidbasierten In-vivo-Amplifikation, der sog. AptaGENE®-Technologie. In einer einzigen Klonierung werden bis zu 100 Kopien des Monomers in einen Vektor kloniert. Nach einer Transformation folgt der regul{\"a}re Produktionsprozess in Form einer Kultivierung, Plasmidpr{\"a}paration und sequenziellen Aufarbeitung von bis zu 6 · 10¹⁵ Makronukleotiden pro Milliliter Fermentationsvolumen.}, language = {de} } @misc{HeringUlberTippkoetter2014, author = {Hering, T. and Ulber, Roland and Tippk{\"o}tter, Nils}, title = {Aktiver und passiver antimikrobieller Oberfl{\"a}chenschutz durch funktionalisierte Mikropartikel}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {9}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {86}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450264}, pages = {1474 -- 1475}, year = {2014}, abstract = {Mikrobielle Verunreinigungen von Oberfl{\"a}chen in technischen und medizinischen Systemen sind allgegenw{\"a}rtig. Sie basieren {\"u}blicherweise auf adsorptiven Oberfl{\"a}chenbindungen organischer Komponenten (Proteine und Fette) oder Membrankomponenten aerogener sowie wassergebundener Mikroorganismen. In laufenden Forschungsarbeiten wird eine aktive sowie passive Biomodifikation von Oberfl{\"a}chen zu deren Schutz vor Adsorption von Proteinen und Mikroorganismen verfolgt. Der antimikrobielle Schutz soll dabei sowohl durch die Mikrostrukturierung bzw. Rauheitsanpassung der Oberfl{\"a}chen durch deren Beschichtung mit Mikro-und Nanopartikeln erfolgen. Ferner werden antimikrobielle Enzyme und funktionelle Gruppen auf den Mikropartikeln gebunden, um den Oberfl{\"a}chenschutz zu verst{\"a}rken. In ersten Versuchen wurden quart{\"a}re Ammoniumverbindungen auf eigens synthetisierten superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (Durchmesser 10 - 30 nm) immobilisiert und die wachstumshemmende Wirkung untersucht. Erste Ergebnisse zeigten, dass eine Konzentration von 10 mg mL⁻¹ der Ammoniumverbindung in einer Wachstumshemmung des verwendeten Gram-negativen Modell-Mikroorganismus E. coli GFPmut2 resultiert. Zurzeit werden synergistisch wirkende Kombinationen von Partikeln mit Proteasen, quart{\"a}ren Ammoniumverbindungen, hydrophoben Oberfl{\"a}chen und mikrostrukturierten Oberfl{\"a}chen als antimikrobieller Schutz untersucht.}, language = {de} } @misc{SiekerTippkoetterUlber2010, author = {Sieker, T. and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Simultane Vorbehandlung, Hydrolyse und Fermentation bei der Nutzung von gr{\"u}ner Biomasse zur Produktion von Bioethanol}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {82}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201050319}, pages = {1601}, year = {2010}, abstract = {Gr{\"a}ser sind in der Lage, einen großen Teil der f{\"u}r eine biobasierte Wirtschaft ben{\"o}tigten Biomasse zur Verf{\"u}gung zu stellen. Wie bei anderen lignocellulosehaltigen nachwachsenden Rohstoffen erfordert die Verwertung der im Gras enthaltenen Polysaccharide einen mehrstufigen Prozess aus Vorbehandlung, Hydrolyse und Fermentation. In Gr{\"a}sern ist die Hemicellulose mitP henolcarbons{\"a}uren wie Ferula- und p-Coumars{\"a}ure verestert, die die enzymatische Hydrolyse der Cellulose und Hemicellulose ebenso effektiv behindern wie Lignin. Anders als bei holzigen Rohstoffen erm{\"o}glicht dieser Aufbau aber eine enzymatische Vorbehandlung, mit der die Phenolcarbons{\"a}uren abgespalten werden k{\"o}nnen. Da die bei der Vorbehandlung eingesetzten Enzyme in ihrer nat{\"u}rlichen Funktion synergistisch mit cellulytischen Enzymen zusammenarbeiten, besitzen sie {\"a}hnliche Optima wie die f{\"u}r die Hydrolyse der Polysaccharide eingesetzten Cellulasen und Hemicellulasen. Diese Eigenschaft erm{\"o}glicht die Integration von Vorbehandlung und Hydrolyse in einem einzigen Verfahrensschritt. Durch die Einf{\"u}hrung der enzymatischen Vorbehandlung konnte das in der Literatur bekannte SSF-Verfahren f{\"u}r die Herstellung von Ethanol aus Gr{\"a}sern um die Vorbehandlungsstufe erweitert werden. Das so realisierte simultaneous pretreatment, saccharification and fermentation (SPSF)-Verfahren stellt eine vollst{\"a}ndige Integration der drei f{\"u}r die Nutzung von Lignocellulose n{\"o}tigen Verfahrensschritte in der gr{\"u}nen Bioraffinerie dar.}, language = {de} } @misc{SiekerTippkoetterUlberetal.2009, author = {Sieker, T. and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland and Bart, H.-J. and Heinzle, E.}, title = {Nutzung von Silage zur fermentativen Produktion von Grund-und Feinchemikalien}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {81}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {8}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.200950271}, pages = {1207}, year = {2009}, abstract = {Grasschnitt hat in Deutschland ein betr{\"a}chtliches Potenzial als nachwachsender Rohstoff. Da frischer Grasschnitt nur in den Sommermonaten zur Verf{\"u}gung steht und Gras bei der Lagerung verrottet, wird er unter anderem durch Silierung konserviert. W{\"a}hrend der Silierung wird ein Teil der wasserl{\"o}slichen Kohlenhydrate unter anaeroben Bedingungen zu Milchs{\"a}ure fermentiert. Die Kombination aus Luftabschluss und Ans{\"a}uerung bewirkt die Konservierung der Silage. Silage als weit verbreitetes landwirtschaftliches Erzeugnis ist somit ein potentieller, in großen Mengen verf{\"u}gbarer Lieferant f{\"u}r eine Vielzahl von Substraten f{\"u}r mikrobielle Fermentationen. Diese k{\"o}nnen entweder durch die Hydrolyse der in den Pflanzen enthaltenen Cellulosen und Hemicellulosen oder durch die Verwendung eines Silagepresssaftes nutzbar gemacht werden. Die zu entwickelnden Prozesse sollen die verbleibenden Kohlenhydrate, inklusive der Cellulose und Hemicellulose, sowie die Milchs{\"a}ure nutzen. Die in der Silage enthaltenen Zucker sollen zu Ethanol, Itakons{\"a}ure und Bernsteins{\"a}ure und die Milchs{\"a}ure zu 1,2-Propandiol umgesetzt werden. Anfallende Reststoffe wie Hydrolyser{\"u}ckst{\"a}nde, Presskuchen und Fermentationsr{\"u}ckst{\"a}nde sollen bei allen zu etablierenden Prozessen entweder als Viehfutter verwendet oder der Biogasproduktion zugef{\"u}hrt werden k{\"o}nnen, wodurch eine vollst{\"a}ndige stoffliche und energetische Nutzung der Silage erreicht wird.}, language = {de} } @misc{CapitainHeringTippkoetter2016, author = {Capitain, C. and Hering, T. and Tippk{\"o}tter, Nils}, title = {Enzymatische Polymerisation von Ligninmodellkomponenten und Organosolv-Lignin mit aromatischen Aminos{\"a}uren}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {88}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201650374}, pages = {1236}, year = {2016}, abstract = {Die stoffliche Nutzung von Lignin aus Bioraffinerien ist ein wichtiger Bestandteil f{\"u}r den Wertsch{\"o}pfungsprozess von nachwachsenden, pflanzlichen Rohstoffen. Lignin z{\"a}hlt zu den wenigen erneuerbaren Quellen f{\"u}r phenolische Bestandteile, wird aber derzeit meist nur thermisch verwertet. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Funktionalisierung von Lignin zur Verbesserung der Adh{\"a}sionseigenschaften. Als funktionelle Gruppe wird die aromatische Aminos{\"a}ure L-DOPA verwendet, die charakteristisch f{\"u}r die Adh{\"a}sionskraft von Muscheln ist. Lignin ist ein geeignetes St{\"u}tzger{\"u}st, da es ein Polymer ist, das durch enzymkatalysierte Polymerisation gebildet wird. Essenziell f{\"u}r die Entwicklung ist ein besseres Verst{\"a}ndnis {\"u}ber die Bildung von Lignin-Polymeren und deren verschiedene Eigenschaften. Um die Einflussfaktoren auf Kettenl{\"a}nge und Polymerisationseffizienz zu untersuchen, werden zurzeit sowohl Ligninmodellkomponenten (LMK) als auch gel{\"o}stes Organosolv-Lignin verwendet. Laufende Untersuchungen werden zeigen, ob sich die enzymatische Polymerisationsreaktion auf ein gel{\"o}stes Ligninpolymer aus einem Organosolv-Aufschluss {\"u}bertragen l{\"a}sst.}, language = {de} } @misc{TippkoetterWulfhorstMogueetal.2014, author = {Tippk{\"o}tter, Nils and Wulfhorst, H. and Mogue, N. and M{\"o}hring, S. and Roth, J. and Ulber, Roland}, title = {Spektrometrische Messung und Modellierung der enzymatischen Hydrolyse von Biomasse nach Organosolv- und Liquid Hot Water-Aufschl{\"u}ssen (LHW)}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450269}, pages = {1584}, year = {2014}, abstract = {In diesem Beitrag wird die NIR- und MIR-Spektrometrie in Kombination mit multivariaten Kalibrationsmodellen zur Analyse von Monosacchariden und Cellulose aus Biomasse etabliert. Spektrengemischter Standardl{\"o}sungen mit definierten Glucose- und Xylosekonzentrationen in Wasser werden im NIR-(Lambda 750, Perkin Elmer, USA) und MIR-Bereich (Spektrum 100, PerkinElmer) in Gegenwart von entweder Carboxymethylcellulose oder Grasfasern aufgenommen. Darauf basierend werden Kalibrationsmodelle (Unscrambler®, CAMO-Software AS, Norwegen) entwickelt und zur Vorhersage der Zuckerkonzentration in den Hydrolyseproben und der Celluloseanteile angewendet. Dar{\"u}ber hinaus wird die Partikelgr{\"o}ße der Rohstoffe bestimmt. Die Messergebnisse bilden die experimentelle Basis f{\"u}r die numerische Modellierung der Reaktionskinetik der enzymatischen Hydrolyse von Lignocellulose. Das Modell kombiniert die Bilanzierung der Partikelgr{\"o}ßenverteilungen mit der Multienzymkinetik. Dabei werden neben der Partikelgr{\"o}ßenverteilung und der Substratkonzentration die Zusammensetzung der Rohstoffe nach Vorbehandlung sowie die Produktinhibierung und mehrere enzymatische Aktivit{\"a}ten ber{\"u}cksichtigt. Das Modell erm{\"o}glicht es, die Partikelgr{\"o}ßenverteilungen und die Konzentrationen der Substrate und Produkte w{\"a}hrend der Hydrolyse vorherzusagen und die kinetischen Parameter im Batch- sowie im Fed-Batch-Reaktor zu bestimmen.}, language = {de} } @misc{ThielTippkoetterSucketal.2010, author = {Thiel, A. and Tippk{\"o}tter, Nils and Suck, K. and Sohling, U. and Ruf, F. and Ulber, Roland}, title = {Simulation und Experiment bei der Aufarbeitung von Polyphenolen durch neue Silicatmaterialien}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {82}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201050104}, pages = {1589}, year = {2010}, abstract = {Nachwachsende Rohstoffe stellen eine reichhaltige Quelle f{\"u}r die Gewinnung von wirtschaftlich interessanten Biomolek{\"u}len dar. Die Gruppe der Polyphenole ist dabei f{\"u}r mehrere Industriezweige bedeutend. Ihre antioxidativen Eigenschaften sind z. B. f{\"u}r die Pharmaindustrie interessant. Im derzeit bearbeiteten Projekt sollen Polyphenole aus Pflanzenbestandteilen isoliert und aufgereinigt werden, um sie dann als Komponenten f{\"u}r eine Vernetzung von Polymeren auf der Basis von Fetts{\"a}uren einzusetzen. Bisher sind im Wesentlichen Prozesse zur Entfernung von Polyphenolen aus Getr{\"a}nken wie Bier und Wein bekannt. Eine Wiedergewinnung der Polyphenole war in diesen Anwendungen bisher nicht relevant. Die Gewinnung bzw. Abtrennung der Polyphenole erfolgt u. a. durch kommerziell erh{\"a}ltliche Adsorbentien wie PVPP, Adsorberharze XAD16 (Rh{\"o}m \& Haas) oder SP70 (Sepabeads), deren Partikelgr{\"o}ßen im Bereichvon 0,1 ± 0,8 mm und spezifischen Oberfl{\"a}chen von 700 ± 900 m 2 /g liegen. Als Alternative zu diesen Adsorbern sollen neue Materialien auf Basis von anorganischen Trennmedien, wie z. B. nat{\"u}rlichen Tonmineralien, f{\"u}r die Polyphenolabtrennung verwendet werden. Derzeit wird durch Abgleich von Experiment und Simulation ein Materialscreening durchgef{\"u}hrt. Durch den Einsatz molekulardynamischer Bindungssimulationen wird die Adsorbersuche beschleunigt und Vorhersagen zu Modifikationen bei der Herstellung der neuen Adsorbentien erm{\"o}glicht.}, language = {de} } @misc{EngelTippkoetter2016, author = {Engel, M. and Tippk{\"o}tter, Nils}, title = {Einfluss eines Phenazin-Mediators und elektrischen Potenzials auf die Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {88}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201650105}, pages = {1254}, year = {2016}, abstract = {In den letzten Jahren haben nachhaltige, biotechnologische Prozesse zunehmend an Bedeutung gewonnen. Die Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation (ABE-Fermentation) mit dem anaeroben Bakterium Clostridium acetobutylicum zur Gewinnung von Biobutanol k{\"o}nnte in diesem Zusammenhang eine M{\"o}glichkeit der nachhaltigen Kraftstoffproduktion darstellen. In dieser Arbeit wird der Einfluss zus{\"a}tzlich verf{\"u}gbarer Elektronen durch den Einsatz des Phenazin-Farbstoffs Neutralrot als Redoxmediator sowie das Anlegen eines elektrischen Potenzials w{\"a}hrend der ABE-Fermentation untersucht. Es wird gezeigt, dass das Neutralrot keinen Einfluss auf die Leerlaufspannung von ca. 500 mV vs. Ag/AgCl w{\"a}hrend der Fermentation hat. Der Mediator bewirkt allerdings eine fr{\"u}here Butanolbildung sowie h{\"o}here Butanolkonzentrationen. Wird zudem die Mediatorkonzentration von 125 mM auf 250 mM angehoben, wird dabei auch die maximale Butanolkonzentration um 36 \% ± 1,8 \% innerhalb von28 Stunden gesteigert.}, language = {de} } @misc{TippkoetterStaubSohlingetal.2012, author = {Tippk{\"o}tter, Nils and Staub, C. and Sohling, U. and Ruf, N. and Ulber, Roland}, title = {Adsorptive Aufreinigung von Molkeproteinen}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {84}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {8}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201250395}, pages = {1285}, year = {2012}, abstract = {In der Molkeverarbeitung dominieren Membranfiltrationsverfahren die Prozessf{\"u}hrung. Hierbei werden {\"u}blicherweise Aufkonzentrierungen der Proteine und deren Trennung von dem Milchzucker Lactose durchgef{\"u}hrt. Der Prozess der adsorptiven Aufreinigung soll als kosteng{\"u}nstige Alternative zu den bisher gebr{\"a}uchlichen Verfahren dienen. Weiterhin er{\"o}ffnet sich durch das Verfahren die M{\"o}glichkeit, einzelne Proteinfraktionen w{\"a}hrend der Verarbeitung anzureichern. Als Proteinquellen wurden f{\"u}r die Untersuchungen Modellproteine, L{\"o}sungen aus Molkenproteinisolat, D{\"u}nnmolke und Molkekonzentrat verwendet. Die Eignung zur Proteinbindung wurden an Tonmaterialien, Silicaten und y-Aluminiumoxiden in Pulverform, in Form von Granulaten sowie Extrudaten als auch sph{\"a}rischen Partikeln {\"u}berpr{\"u}ft. Adsorbentien aus Bentonit/Silica und c-Aluminiumoxid k{\"o}nnen sowohl a-Lactalbumin (aLA) als auch b-Lactoglobulin (bLG) binden, wohingegen Materialien aus Siliciumoxid lediglich ein starkes Adsorptionsverhalten gegen{\"u}ber bLG zeigen. Mischmaterialien aus Siliciumoxid und a-Aluminiumoxid zeigen dasselbe Verhalten wie Materialien aus Siliciumoxid, weisen jedoch eine geringere Kapazit{\"a}t auf. Die Materialen wurden hinsichtlich ihres Einsatzes in chromatographischen Verfahren und Batch-Prozessen untersucht und ein Prozessentwurf f{\"u}r einen zweistufigen Batch-Prozess im R{\"u}hrkessel erarbeitet.}, language = {de} } @misc{TippkoetterUlber2012, author = {Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Rezension zu: Encyclopedia of Industrial Biotechnology, Vol. 1-7. By MC Flickinger.}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {6}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {84}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201290052}, pages = {936}, year = {2012}, language = {en} } @misc{SiekerDuwePothetal.2012, author = {Sieker, T. and Duwe, A. and Poth, S. and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Itacons{\"a}ureherstellung aus Buchenholz-Hydrolysaten}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {84}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {8}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201250414}, pages = {1300}, year = {2012}, abstract = {Aus h{\"o}lzernen Cellulosen und Hemicellulosen k{\"o}nnen durch enzymatische Hydrolyse fermentierbare Zucker f{\"u}r die Herstellung von Chemikalien und Treibstoffen gewonnen werden. Die bisherige Forschung fokussiert sich oft auf die Nutzung dieser Zucker zur Gewinnung von Ethanol. Daneben muss aber auch die stoffliche Nutzung zur Gewinnung von Grundchemikalien ber{\"u}cksichtigt werden. Eine solche Grundchemikalie ist Itakons{\"a}ure. Obwohl die biotechnologische Itacons{\"a}ureproduktion bereits eingehend untersucht und etabliert ist, gestaltet sie sich im Rahmen von Bioraffinerien der zweiten Generation als schwierig, da der {\"u}berwiegend verwendete Produktionsorganismus gegen eine weite Bandbreite von Inhibitoren sensibel ist. Die Herstellung von Itacons{\"a}ure aus Buchenholzhydrolysaten wird im Rahmen der deutschen Lignocellulose-Bioraffinerie entwickelt. Die unbehandelten Hydrolysate erm{\"o}glichen weder das Wachstum von Aspergillus terreus noch die Bildung von Itacons{\"a}ure. Daher werden M{\"o}glichkeiten zur Konditionierung des Hydrolysates mit dem Ziel einer Itacons{\"a}ureproduktion mit hohen Ausbeuten und Konzentrationen vorgestellt.}, language = {de} } @misc{SchumannRoginSchneideretal.2012, author = {Schumann, C. and Rogin, S. and Schneider, H. and Oster, J. and Tippk{\"o}tter, Nils and Kampeis, P.}, title = {Steuerung von HGMS-Prozessen mittels Durchflusszytometrie}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {84}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {8}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201250125}, pages = {1370}, year = {2012}, abstract = {Die Hochgradientenmagnetseparation (HGMS) ist eine Methode zur Aufreinigung von biopharmazeutischen Produkten. Mit dieser Methode l{\"a}sst sich in nur einem Schritt eine Fest/Fest/Fl{\"u}ssig-Trennung erzielen, was zu einer erheblichen Zeit- und Kostenersparnis im Downstreaming f{\"u}hrt. Dennoch steht ihr industrieller Einsatz noch aus, was u. a. am Mangel an Analysenmethoden liegt, um die HGMS quantifizierbar zu machen. Gerade in der Pharmaproduktion werden Prozesse gebraucht, die gem{\"a}ß den einschl{\"a}gigen Vorschriften (cGMP) validiert und deren verfahrenstechnische Anlagenteile qualifiziert werden k{\"o}nnen. Die Schwierigkeit ist die Messung der magnetischen Mikrosorbentien in der Suspension, in der auch Zellen oder Zelltr{\"u}mmer vorliegen. Im Rahmen eines Forschungsprojektes im „Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand" des BMWi wurden verschiedene Analysenmethoden untersucht. Die Durchflusszytometrie erm{\"o}glicht eine Charakterisierung von Partikeln und eine simultane quantitative Messung. Durch die multiparametrige Messung kann zwischen Zellen, Zelltr{\"u}mmern und Magnetpartikeln unterschieden werden. Die At-line-Einbindung des Durchflusszytometers ist durch den Einsatz einer externen Pumpe m{\"o}glich. {\"U}ber eine automatisierte Messwertanalyse kann der HGMS-Prozess mittels der Durchflusszytometrie gesteuert werden.}, language = {de} } @misc{HeringPasteurWollnyetal.2014, author = {Hering, T. and Pasteur, A. and Wollny, S. and Ulber, Roland and Tippk{\"o}tter, Nils}, title = {Magnetische Separation von Gold-Nanopartikeln zur Glucons{\"a}ure-Produktion durch Hochgradient-Magnetseparation im Labormaßstab}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450265}, pages = {1501}, year = {2014}, abstract = {Bei der Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe entsteht aus Cellulose oder St{\"a}rke u. a. das wichtige Produkt Glucose. Diese niedermolekulare Kohlenhydratquelle wird {\"u}blicherweise als Substrat f{\"u}r biotechnologische und chemische Synthesen verwendet. Ein wirtschaftlich interessantes Oxidationsprodukt der Glucose ist Glucons{\"a}ure, die beispielsweise als Lebensmittelzusatzstoff (E 574), in der Medizin und Metallindustrie Verwendung findet. Die Umsetzung des Monosaccharids zu Glucons{\"a}ure erfolgt entweder durch mikrobielle Fermentation oder der Oxidation an heterogenen Katalysatoren. Die Zielsetzung der Studie ist die Untersuchung der Glucoseoxidation an magnetisierbaren Gold-Nanopartikeln unter nachfolgender Bypass-Separation des Katalysators mittels einer neuen Mini-HGMS-Einheit (Hochgradient-Magnetseparation). Dieser Filtertyp erm{\"o}glicht die selektive Trennung magnetischer Partikel aus Suspensionen mit hohem Feststoffgehalt oder Viskosit{\"a}t. Erste Ergebnisse zeigen eine Beladungskapazit{\"a}t des selbstkonstruierten Mini-HGMS von 550 mg goldbeschichteter magnetisierbarer Nanopartikel. Die Oxidation erfolgt bei einem pH-Wertvon 9, bei 40 °C und mit 100 mM Glucose in einem begasten R{\"u}hrkesselreaktor. Das System soll zuk{\"u}nftig zum Katalysatorrecycling von hochviskosen und Feststoffbelasteten Produktstr{\"o}men aus Bioraffinerien eingesetzt werden.}, language = {de} } @misc{TippkoetterMoehring2014, author = {Tippk{\"o}tter, Nils and M{\"o}hring, S.}, title = {Nutzung von F{\"a}ulepilzen f{\"u}r die selektive Gewinnung von Cellulose und Lignin aus nicht vorbehandelter lignocellulosehaltiger Biomasse}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450353}, pages = {1385}, year = {2014}, abstract = {Einige Arten der Braun- und Weißf{\"a}ulepilze sind in der Lage, selektiv entweder Lignin oder Cellulose im Holz abzubauen. Diese Pilze k{\"o}nnen f{\"u}r eine energiesparende Vorbehandlung lignocellulosehaltiger Biomasse f{\"u}r Bioraffinerien genutzt werden, ohne auf technisch aufw{\"a}ndige Aufschlussapparate zur{\"u}ckgreifen zu m{\"u}ssen. Weißf{\"a}ulepilze bauen bevorzugt Lignin ab, wodurch die verbleibende Cellulose leichter f{\"u}r enzymatische Hydrolysen in das Monosaccharid Glucose zug{\"a}nglich wird. Braunf{\"a}ulepilze bauen dagegen Cellulose und Hemicellulose ab. Die Auswirkungen der Behandlung von Weizenstroh mit verschiedenen Pilzarten werden zurzeit untersucht. Dabei werden die Ver{\"a}nderung der enzymatischen Hydrolysierbarkeit des Substrats sowie die gebildeten Ligninderivate bestimmt. Detaillierte Betrachtungen der Biomassever{\"a}nderung werden mithilfe spezifischer F{\"a}rbemethoden durchgef{\"u}hrt, durch die morphologische Ver{\"a}nderungen der Pflanzengewebe in der 3D-Lichtmikroskopie dargestellt werden k{\"o}nnen.}, language = {de} } @misc{TippkoetterWasserscheid2014, author = {Tippk{\"o}tter, Nils and Wasserscheid, P.}, title = {Rapid-Prototyping-Strukturen f{\"u}r ressourceneffiziente Prozesse in Chemie und Biotechnologie}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450451}, pages = {1369 -- 1370}, year = {2014}, abstract = {Die Teilefertigung durch Rapid Prototyping (RP) verk{\"u}rzt den Weg von der Idee bis zum Produkt, wobei unter anderem Optimierungszyklen in geringer Zeit durchlaufen werden k{\"o}nnen. Ferner er{\"o}ffnen neue Entwicklungen in diesem Bereich die M{\"o}glichkeit individueller Produktionsverfahren. Im Unterschied zur klassischen Fertigung von Prototypen wird beim RP mit additiver Schichtfertigung (Additive Layer Manufacturing, ALM) gearbeitet. Je nach Methode werden Fl{\"u}ssigkeiten oder Pulver nach Vorgaben eines 3D-Computermodells sequentiell aufgetragen. Diese Verfahren existieren seit ca. 25 Jahren, jedoch sind seit kurzem ausgesprochen g{\"u}nstige Ger{\"a}te verf{\"u}gbar, die Objekte mit Genauigkeiten bis 20 lm fertigen k{\"o}nnen. Das RP hat in klinischen Anwendungsgebieten bzw. im Bereich des Tissue Engineering bereits vielfach Einzug gefunden. Aber auch chemisch-biotechnologische Entwicklungen k{\"o}nnen von den Verfahren profitieren. So wurden Mikrofluidiksysteme und Bioreaktoren bereits erfolgreich durch RP gefertigt. Durch ALM ist ebenso die Herstellung von Reaktionseinheiten aus biokompatiblen Materialien wie ionotropen Gelen m{\"o}glich. Ferner sind sehr komplexe Strukturierungen von Oberfl{\"a}chen im Nanometerbereich realisierbar, die f{\"u}r die Auftragung heterogener Katalysatoren oder auch Mikroorganismen eingesetzt werden k{\"o}nnen. Auch der Bereich Reaktoren- und Apparatebau kann von den Fortschritten in der additiven Fertigung profitieren. Verfahren wie selektives Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen erlauben es, metallische Komponenten in nahezu beliebigen Geometrien zu fertigen. Somit k{\"o}nnen Strukturen verwirklicht werden, die mit konventionellen Fertigungstechniken nur sehr schwer oder {\"u}berhauptnicht herstellbar w{\"a}ren. Durch Anwendung von rechnergest{\"u}tzter Modellierung k{\"o}nnen optimale Strukturen identifiziert und additiv gefertigt werden. Eine anschließende katalytische Funktionalisierung der Oberfl{\"a}che erm{\"o}glicht die Herstellung strukturierter Reaktoren mit maßgeschneiderten Eigenschaften.}, language = {de} } @misc{TippkoetterDuweRaisetal.2014, author = {Tippk{\"o}tter, Nils and Duwe, Anna and Rais, Dominik and Zibek, Susanne and Zorn, H.}, title = {Optimierung und Scale-up der enzymatischen Hydrolyse inkl. Ligninabbau}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450287}, pages = {1515}, year = {2014}, abstract = {Prim{\"a}re Ziele der Hydrolyse pflanzlicher nachwachsender Rohstoffe sind m{\"o}glichst hohe Zuckerkonzentrationen f{\"u}r nachfolgende Fermentationen und eine Maximierung der Produktivit{\"a}t. Zur Optimierung dieser Prozesse wird Organosolv-aufgeschlossene Buchenholz-Cellulose verwendet. Die Hydrolyse des Faserstoffes erfolgt mithilfe von Novozymes CTec2-Enzymen. Die Hydrolysen konnten durch neue R{\"u}hrerelemente auf einen Maßstab von 1000 L {\"u}bertragen werden. Dabei konnten maximale Ausbeuten (g Glucose g -1 Glucose im Faserstoff) bis 81 g g - 1 und Konzentrationen von 152 g L -1 erreicht werden. Zurzeit k{\"o}nnen unter Einsatz eines Feststoffreaktors Cellulosefasern in einer Konzentration bis 400 g L -1 enzymatisch hydrolysiert werden. Die cellulolytischen Enzyme stoßen bei hohen Feststoffkonzentrationen an ihre Grenzen. Mit steigendem Feststoffgehalt nimmt die Hydrolyseausbeute ab. Ein Ansatz zur Steigerung der Effizienz ist der Einsatz ligninolytischer Enzyme, die Ligninreste an der Organosolv-Cellulose aufschließen k{\"o}nnen. Eine solche Verbesserung der Zug{\"a}nglichkeit f{\"u}r cellulolytische Enzyme an ihr Substrat wurde durch Kultur{\"u}berst{\"a}nde verschiedener ligninolytischer Pilze erreicht. Mit Kultur{\"u}berst{\"a}nden von Stereum sp. sind Steigerungen der Glucoseausbeuten um bis zu 30 \% m{\"o}glich.}, language = {de} } @misc{WollnyAlKaidyTippkoetteretal.2014, author = {Wollny, S. and Al-Kaidy, H. and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Prozessintegrierte Magnetseparation im Labormaßstab mittels High-Gradient Magnetic Separator (HGMS)}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450618}, pages = {1507}, year = {2014}, abstract = {Die Hochgradient-Magnetseparation (HGMS) stellt eine Alternative zu konventionellen Methoden der Proteinaufarbeitung wie Filtration und Chromatographie dar und dient zudem als Prozessintensivierung. Bisherige Separatoren sind f{\"u}r Anwendungen von mehreren Litern Prozessvolumina Fermentationsmedium und Gramm Magnetpartikel ausgelegt. Bei der Entwicklung und Anwendung neuartiger Magnetpartikeloberfl{\"a}chen ist die Verf{\"u}gbarkeit großer Mengen nicht gegeben. Bisherige Filterkammern erh{\"o}hen zudem den Arbeitsaufwand und verursachen gr{\"o}ßere Partikelverluste bei Sp{\"u}lvorg{\"a}ngen oder der Reinigung aufgrund der Partikeladsorption. F{\"u}r Anwendungen im Maßstab < 500 mL wird deshalb ein Miniatur-Hochgradientfilter (miniHGF) entwickelt. Das Modell wird im 3D-Drucker Makerbot Replicator 2 gefertigt und magne-isierbare Dr{\"a}hte zur Partikelabscheidung eingesetzt. Die Vergleichbarkeit mit einem etablierten Magnetseparator wird anhand der Aufnahme von Durchbruchskurven und Bestimmung der Filtereffizienz untersucht. Die Praxistauglichkeit mit kleinen Volumina wird in wiederholten Batch-Versuchen mit auf Magnetpartikeln immobilisiertem Enzym und einem kolorimetrischen Assay gepr{\"u}ft.}, language = {de} } @misc{DuweSiekerTippkoetteretal.2014, author = {Duwe, A. and Sieker, T. and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Grasssilage als Substrat zur fermentativen Produktion organischer S{\"a}uren}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450345}, pages = {1400}, year = {2014}, abstract = {Der zunehmende Bedarf an fossilen Rohstoffen bei gleichzeitig abnehmender Versorgungssicherheit f{\"u}hrt zu einer intensiven Suche nach erneuerbaren Ressourcen. Ein vielversprechendes Ausgangsmaterial mit einer weltweiten Verf{\"u}gbarkeit stellt Gras dar. In 2012 wurden in Deutschland 33 Millionen Tonnen (Heugewicht) Gras auf 4,82 Millionen Hektar Ackerland produziert, davon wurden 60,5 \% siliert. Durch die Silierung kann Gras als Substrat zeitlich uneingeschr{\"a}nkt verf{\"u}gbar sein, ohne dem Risiko des schnellen Verderbs ausgesetzt zu sein. Eine Schl{\"u}sselrolle im Rahmen des Silierprozesses nimmt die Produktion von Milchs{\"a}ure ein. Milchs{\"a}ure ist einbedeutendes biotechnologisches Produkt f{\"u}r die Lebensmittel- und die chemische Industrie. Im Rahmen dieser Arbeit wird die vollst{\"a}ndige Umwandlung der fermentierbaren Zucker in der Silage zu Milchs{\"a}ure angestrebt, um die maximale Ausbeute der organischen S{\"a}ure zu erreichen. Im ersten Verfahrensschritt wird die Silage gepresst und der erhaltene Presskuchen einer Liquid-Hot-Water-Behandlung unterzogen. Durch diese einfache Vorbehandlung k{\"o}nnen hohe Glucoseausbeuten im nachfolgenden SSF-Schritt bei gleichzeitig geringem Enzymeinsatz und Chemikalienverbrauch realisiert werden. Zur Aufreinigung der Milchs{\"a}ure wurden extraktive und chromatographische Methoden untersucht.}, language = {de} } @masterthesis{Giernich2024, type = {Bachelor Thesis}, author = {Giernich, Marie}, title = {Zookunft: Zoo der Zukunft}, publisher = {FH Aachen}, address = {Aachen}, pages = {93 Seiten}, year = {2024}, abstract = {Inmitten globaler Natur- und Artenschutzherausforderungen ist die Transformation zoologischer Einrichtungen entscheidend. "Zookunft" pr{\"a}sentiert ein innovatives Konzept f{\"u}r ein Tropenhaus im K{\"o}lner Zoo, das Natur und Augmented Reality einzigartig verkn{\"u}pft. Ziel ist ein Raumkonzept, welches den Besucher:innen ein tiefes Verst{\"a}ndnis f{\"u}r die Fauna und Flora des s{\"u}dostasiatischen Regenwaldes vermitteln soll. Durch die geschickte Integration von Augmented Reality entsteht eine innovative Lern- und Erlebniswelt, die Umweltschutz- und Artenschutzbem{\"u}hungen unterst{\"u}tzt und nachhaltige Bildung f{\"o}rdert. Besuchende tauchen aktiv in die faszinierende Welt des Regenwaldes ein, wenn Natur und Augmented Reality eine immersive Umgebung schaffen. "Zookunft" soll als Vorreiter f{\"u}r Zooumgestaltungen dienen, Mensch und Natur verbinden und nachhaltige Bildung f{\"o}rdern. Ein Raum, der Naturerlebnisse und Technologie beeindruckend kombiniert.}, language = {de} } @misc{PothMonzonTippkoetteretal.2009, author = {Poth, S. and Monzon, M. and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Enzymatische Hydrolyse von vorbehandelter Lignocellulose}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {81}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {8}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.200950244}, pages = {1049}, year = {2009}, abstract = {Die {\"o}konomische Abh{\"a}ngigkeit von fossilen Brennstoffen und der klimatische Wandel durch die Nutzung dieser haben zu einer intensiven Suche nach erneuerbaren Rohstoffen f{\"u}r die Produktion von Chemikalien und Treibstoffen gef{\"u}hrt. Ein viel versprechender Rohstoff in diesem Zusammenhang sind Zucker, die mittels enzymatischer Hydrolyse aus Lignocellulose gewonnen und beispielsweise zu Ethanol umgesetzt werden k{\"o}nnen. Dabei ist es notwendig die Hydrolyse in Hinsicht auf das verwendete Substrat und die Verwendung der entstehenden Hydrolysate f{\"u}r die Fermentation von Alkohol zu optimieren. Als Substrat dienen Cellulose- und Hemicellulose-Fraktionen, die durch thermo-chemische Vorbehandlung von Holz gewonnen werden. Die Vorbehandlung erfolgt bei unserem Projektpartner am Johann Heinrich von Th{\"u}nen Institut in Hamburg. Verschiedene kommerziell erh{\"a}ltliche Enzyme, thermostabile eingeschlossen, wurden auf ihre F{\"a}higkeit hin untersucht, diese Fraktionen zu den entsprechenden Zuckern umsetzen zu k{\"o}nnen. Um die Konzentration an fermentierbaren Zuckern zu steigern werden verschiedene Optimierungen durchgef{\"u}hrt, z. B. die Erh{\"o}hung der Substrat- bzw. Enzymkonzentrationen. Ein weiterer interessanter Ansatz, welcher ebenfalls verfolgt wird, ist es die Hydrolyse und die Fermentation in einem Schritt durchzuf{\"u}hren.}, language = {de} } @misc{StaubTippkoetterSucketal.2009, author = {Staub, C. and Tippk{\"o}tter, Nils and Suck, K. and Ruf, F. and Sohling, U. and Ulber, Roland}, title = {Aufreinigung von Molkeproteinen mittels nat{\"u}rlicher Adsorbermaterialien}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {81}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {8}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.200950310}, pages = {1299}, year = {2009}, abstract = {Molke als Nebenprodukt der K{\"a}seherstellung wurde lange Zeit als Abfall betrachtet. Bedingt durch ihren hohen BOD (biological oxygen demand) war die direkte Einleitung in Gew{\"a}sser, aber auch der mikrobielle Abbau in Kl{\"a}ranlagen bedenklich. Falls eine Weiterverarbeitung der Molke stattfand, so geschah dies meist zu Molkepulver oder Proteinkonzentrat. Als Untersuchungen der Molkeproteine jedoch unter pharmazeutischen Gesichtspunkten interessante Eigenschaften nahelegten, stieg das Interesse am Bioprodukt Molke und ihren Proteinen an. So stehen beispielsweise f{\"u}r die Molkeproteine a-Lactalbumin (ala) und b-Lactoglobulin (blg) antibakterielle, anticancerogene und diverse andere physiologische Effekte in der Diskussion. Gegenw{\"a}rtig finden meist Membranverfahren zur Aufreinigung von Molkeproteinen Anwendung. Als alternatives Verfahren wurde am Institut f{\"u}r Bioverfahrenstechnik in Kaiserslautern ein chromatographisches Verfahren entwickelt, bei dem nat{\"u}rliche Tonminerale zum Einsatz kamen. Nach chemischer und physikalischer Modifikation des Ausgangsmaterials durch den Hersteller S{\"u}d-Chemie wurden drei der Adsorber f{\"u}r n{\"a}here Untersuchungen zur Auftrennung von Molkeproteinen aus Molkekonzentrat herangezogen. Nach einer Cross-Flow-Filtration des Molkekonzentrats erfolgte die Aufreinigung der Molkeproteine in einem FPLC-System.}, language = {de} } @article{GollandKriegesmann2023, author = {Golland, Alexander and Kriegesmann, Torben}, title = {Zivilprozessuale Fragen zum datenschutzrechtlichen Schadensersatzanspruch}, series = {MMR - Zeitschrift f{\"u}r IT-Recht und Recht der Digitalisierung}, journal = {MMR - Zeitschrift f{\"u}r IT-Recht und Recht der Digitalisierung}, number = {10}, publisher = {Beck}, address = {M{\"u}nchen}, issn = {2698-7988}, pages = {733 -- 739}, year = {2023}, abstract = {Im Verfahren gegen die {\"O}sterreichische Post AG (Rs. C-300/21) befasste sich der EuGH erstmals mit dem in Art. 82 DS-GVO geregelten datenschutzrechtlichen Schadensersatzanspruch. Mit den Klarstellungen des EuGH verschieben sich die Probleme nun st{\"a}rker zu den „klassischen" Fragen des Schadensersatzrechts im Zivilprozess. Relevant sind dabei vor allem Aspekte der Darlegungs- und Beweislast und deren Besonderheiten mit Blick auf den Ersatz immaterieller Sch{\"a}den. Der Beitrag fokussiert sich auf die Voraussetzungen und den dabei zu f{\"u}hrenden Tatsachenbeweis bei der Klage des Betroffenen gegen den Verantwortlichen auf Ersatz immaterieller Sch{\"a}den.}, language = {de} } @incollection{Golland2024, author = {Golland, Alexander}, title = {Kommentierung von \S\S 6 bis 10 EKD-Datenschutzgesetz}, series = {EKD-Datenschutzgesetz. Datenschutzbestimmungen der evangelischen Kirche}, booktitle = {EKD-Datenschutzgesetz. Datenschutzbestimmungen der evangelischen Kirche}, editor = {Wagner, Ralph}, publisher = {Nomos}, address = {Baden-Baden}, isbn = {978-3-8487-8111-9}, pages = {153 -- 228}, year = {2024}, language = {de} } @techreport{BarnatArntzBerneckeretal.2024, type = {Working Paper}, author = {Barnat, Miriam and Arntz, Kristian and Bernecker, Andreas and Fissabre, Anke and Franken, Norbert and Goldbach, Daniel and H{\"u}ning, Felix and J{\"o}rissen, J{\"o}rg and Kirsch, Ansgar and Pettrak, J{\"u}rgen and Rexforth, Matthias and Josef, Rosenkranz and Terstegge, Andreas}, title = {Strategische Gestaltung von Studieng{\"a}ngen f{\"u}r die Zukunft: Ein kollaborativ entwickeltes Self-Assessment}, series = {Hochschulforum Digitalisierung - Diskussionspapier}, journal = {Hochschulforum Digitalisierung - Diskussionspapier}, publisher = {Stifterverband f{\"u}r die Deutsche Wissenschaft}, address = {Berlin}, issn = {2365-7081}, pages = {16 Seiten}, year = {2024}, abstract = {Das Diskussionspapier beschreibt einen Prozess an der FH Aachen zur Entwicklung und Implementierung eines Self-Assessment-Tools f{\"u}r Studieng{\"a}nge. Dieser Prozess zielte darauf ab, die Relevanz der Themen Digitalisierung, Internationalisierung und Nachhaltigkeit in Studieng{\"a}ngen zu st{\"a}rken. Durch Workshops und kollaborative Entwicklung mit Studiendekan:innen entstand ein Fragebogen, der zur Reflexion und strategischen Weiterentwicklung der Studieng{\"a}nge dient.}, language = {de} } @inproceedings{KramerBragardRitzetal.2024, author = {Kramer, Pia and Bragard, Michael and Ritz, Thomas and Ferfer, Ute and Schiffers, Tim}, title = {Visualizing, Enhancing and Predicting Students' Success through ECTS Monitoring}, series = {2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON)}, booktitle = {2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON)}, publisher = {IEEE}, address = {New York, NY}, issn = {2165-9559}, doi = {10.1109/EDUCON60312.2024.10578652}, pages = {5 Seiten}, year = {2024}, abstract = {This paper serves as an introduction to the ECTS monitoring system and its potential applications in higher education. It also emphasizes the potential for ECTS monitoring to become a proactive system, supporting students by predicting academic success and identifying groups of potential dropouts for tailored support services. The use of the nearest neighbor analysis is suggested for improving data analysis and prediction accuracy.}, language = {en} } @inproceedings{RuettersBragardDolls2024, author = {R{\"u}tters, Ren{\´e} and Bragard, Michael and Dolls, Sarah}, title = {The Inverted Rotary Pendulum: Facilitating Practical Teaching in Advanced Control Engineering}, series = {2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON)}, booktitle = {2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON)}, publisher = {IEEE}, address = {New York, NY}, issn = {2165-9559}, doi = {10.1109/EDUCON60312.2024.10578937}, pages = {5 Seiten}, year = {2024}, abstract = {This paper outlines a practical approach to teach control engineering principles, with an inverted rotary pendulum, serving as an illustrative example. It shows how the pendulum is embedded in an advanced course of control engineering. This approach is incorporated into a flipped-classroom concept, as well as classical teaching concepts, offering students practical experience in control engineering. In addition, the design of the pendulum is shown, using a Raspberry Pi as the target platform for Matlab Simulink. This pendulum can be used in the classroom to evaluate the controller design mentioned above. It is analysed if the use of the pendulum generates a deeper understanding of the learning contents.}, language = {en} } @inproceedings{BeckerBragard2024, author = {Becker, Tim and Bragard, Michael}, title = {Low-Voltage DC Training Lab for Electric Drives - Optimizing the Balancing Act Between High Student Throughput and Individual Learning Speed}, series = {2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON)}, booktitle = {2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON)}, publisher = {IEEE}, address = {New York, NY}, issn = {2165-9559}, doi = {10.1109/EDUCON60312.2024.10578902}, pages = {8 Seiten}, year = {2024}, abstract = {After a brief introduction of conventional laboratory structures, this work focuses on an innovative and universal approach for a setup of a training laboratory for electric machines and drive systems. The novel approach employs a central 48 V DC bus, which forms the backbone of the structure. Several sets of DC machine, asynchronous machine and synchronous machine are connected to this bus. The advantages of the novel system structure are manifold, both from a didactic and a technical point of view: Student groups can work on their own performance level in a highly parallelized and at the same time individualized way. Additional training setups (similar or different) can easily be added. Only the total power dissipation has to be provided, i.e. the DC bus balances the power flow between the student groups. Comparative results of course evaluations of several cohorts of students are shown.}, language = {en} } @techreport{BirmansTamborninoUllrich2024, type = {Working Paper}, author = {Birmans, Katrin and Tambornino, Philipp and Ullrich, Anna Valentine}, title = {5 Gr{\"u}nde f{\"u}r Coscine - Handreichung f{\"u}r Forschende an HAW}, doi = {10.5281/zenodo.12156734}, pages = {1 Seite}, year = {2024}, abstract = {Welche Vorteile bietet die Forschungsdatenmanagement-Plattform Coscine f{\"u}r die Verwaltung von Daten in Forschungsprojekten? Hierzu gibt die Handreichung einen schnellen {\"U}berblick {\"u}ber den landesgef{\"o}rderten Dienst Coscine f{\"u}r Forschende und FDM-Service-Personal an HAW in NRW (DH.NRW-Hochschulen). FDM-Service-Mitarbeitende k{\"o}nnen die Handreichung in ihrer Beratung zu Coscine einsetzen und mit der Eingabemaske in der Kopfzeile des Dokuments auf ihre Hochschule anpassen.}, language = {de} } @techreport{BirmansTamborninoUllrich2024, type = {Working Paper}, author = {Birmans, Katrin and Tambornino, Philipp and Ullrich, Anna Valentine}, title = {Bevor Sie Coscine nutzen - Handreichung f{\"u}r Forschende an HAW}, doi = {10.5281/zenodo.12158546}, pages = {2 Seiten}, year = {2024}, abstract = {Um die Forschungsdatenmanagement-Plattform Coscine optimal f{\"u}r Forschungsprojekte nutzen zu k{\"o}nnen, ist es sinnvoll, einige Fragen im Vorhinein zu kl{\"a}ren. So k{\"o}nnen aufwendige {\"A}nderungen der Datenverwaltung im Nachhinein vermieden werden. Hierzu bietet die Handreichung hilfreiche Leitfragen und Erl{\"a}uterungen f{\"u}r Forschende und FDM-Service-Personal an HAW in NRW (DH.NRW-Hochschulen). FDM-Service-Mitarbeitende k{\"o}nnen die Handreichung in ihrer Beratung zu Coscine einsetzen und mit der Eingabemaske in der Kopfzeile des Dokuments auf ihre Hochschule anpassen.}, language = {de} } @techreport{HoffmannUllrich2024, type = {Working Paper}, author = {Hoffmann, Sarah and Ullrich, Anna Valentine}, title = {30 Minuten FDM f{\"u}r HAW. Ein Informationsformat f{\"u}r Forschende an HAW in NRW}, doi = {10.5281/zenodo.12569282}, pages = {1 Seite}, year = {2024}, abstract = {Wie kann man das Thema Forschungsdatenmanagement (FDM) konkret und anwendbar f{\"u}r Forschende gestalten, die bisher noch wenig Kontakt damit hatten? Auf diese Frage gibt das Konzept „30 Minuten FDM f{\"u}r HAW. Ein Informationsformat f{\"u}r Forschende an HAW in NRW" eine Antwort. Es entstand als Projektarbeit im Zertifikatskurs Forschungsdatenmanagement 2023/24}, language = {de} } @techreport{BirmansSchickTamborninoetal.2024, type = {Working Paper}, author = {Birmans, Katrin and Schick, Elena and Tambornino, Philipp and Ullrich, Anna Valentine}, title = {Ingenieurwissenschaften im Fokus: Zug{\"a}nge zu einem effektiven Forschungsdatenmanagement an HAW}, doi = {10.5281/zenodo.12545429}, pages = {49 Seiten}, year = {2024}, abstract = {Im Rahmen der Love Data Week vom 12. bis 16.02.2024 haben die BMBF-Projekte FDM2_TH_Koeln der TH K{\"o}ln (FK 16FDFH105) und Persist@HAW der FH Aachen (FK 16FDFH129) am 15.02.2024 gemeinsam eine Online-Veranstaltung mit dem Titel „Ingenieurwissenschaften im Fokus: Zug{\"a}nge zu einem effektiven Forschungsdatenmanagement an HAW" angeboten. Diese richtete sich an Forschende aus den Ingenieurwissenschaften, die einen ersten Zugang zum Thema Forschungsdatenmanagement (FDM) suchen und erfahren m{\"o}chten, welche speziellen Angebote f{\"u}r die Daten aus den Ingenieurwissenschaften existieren. In der Veranstaltung wurden wesentliche Aspekte des Forschungsdatenmanagements entlang des Datenlebenszyklus beleuchtet. Ziel war es, den Teilnehmenden praxisnahe Einblicke und Hilfestellungen zu einem effektiven Umgang mit Forschungsdaten an Hochschulen f{\"u}r Angewandte Wissenschaften (HAW) zu bieten. Durch Beispiele und konkrete Empfehlungen wurde das Thema zug{\"a}nglich gemacht.}, language = {de} } @incollection{Fissabre2024, author = {Fissabre, Anke}, title = {Eine moderne Sainte-Chapelle in K{\"o}ln. Otto Bartnings Stahlkirche auf der Pressa 1928}, series = {Baugedanken: Einsichten, Ansichten, Aussichten f{\"u}r Jan Pieper zum 80. Geburtstag}, booktitle = {Baugedanken: Einsichten, Ansichten, Aussichten f{\"u}r Jan Pieper zum 80. Geburtstag}, editor = {Naujokat, Anke and Hake, Verena and Schindler, Bruno and Sch{\"o}tten, Bj{\"o}rn}, publisher = {Geym{\"u}ller Verag f{\"u}r Architektur}, address = {Aachen}, isbn = {978-3-943164-87-9}, pages = {66 -- 81}, year = {2024}, language = {de} } @article{AliaziziOezsoyluBakhshiSichanietal.2024, author = {Aliazizi, Fereshteh and {\"O}zsoylu, Dua and Bakhshi Sichani, Soroush and Khorshid, Mehran and Glorieux, Christ and Robbens, Johan and Sch{\"o}ning, Michael J. and Wagner, Patrick}, title = {Development and Calibration of a Microfluidic, Chip-Based Sensor System for Monitoring the Physical Properties of Water Samples in Aquacultures}, series = {Micromachines}, volume = {15}, journal = {Micromachines}, number = {6}, publisher = {MDPI}, address = {Basel}, issn = {2072-666X}, doi = {10.3390/mi15060755}, year = {2024}, abstract = {In this work, we present a compact, bifunctional chip-based sensor setup that measures the temperature and electrical conductivity of water samples, including specimens from rivers and channels, aquaculture, and the Atlantic Ocean. For conductivity measurements, we utilize the impedance amplitude recorded via interdigitated electrode structures at a single triggering frequency. The results are well in line with data obtained using a calibrated reference instrument. The new setup holds for conductivity values spanning almost two orders of magnitude (river versus ocean water) without the need for equivalent circuit modelling. Temperature measurements were performed in four-point geometry with an on-chip platinum RTD (resistance temperature detector) in the temperature range between 2 °C and 40 °C, showing no hysteresis effects between warming and cooling cycles. Although the meander was not shielded against the liquid, the temperature calibration provided equivalent results to low conductive Milli-Q and highly conductive ocean water. The sensor is therefore suitable for inline and online monitoring purposes in recirculating aquaculture systems.}, language = {en} } @misc{FrauenrathDieringerPateletal.2011, author = {Frauenrath, Tobias and Dieringer, Matthias and Patel, Nishant and Zerdem, Celal and Hentschel, Jan and Renz, Wolfgang and Niendorf, Thoralf}, title = {From Artifact to Merit: Cardiac Gated MRI at 7T \& 3T using Magneto-Hydrodynamic Effects for Synchronization}, series = {2011 ISMRM Annual Meeting Proceedings}, journal = {2011 ISMRM Annual Meeting Proceedings}, issn = {1545-4428}, year = {2011}, abstract = {ECG is corrupted by magneto-hydrodynamic effects at higher magnetic field strength. Artifacts in the ECG trace and severe T-wave elevation might be mis-interpreted as R-waves. MHD being inherently sensitive to blood flow and blood velocity provides an alternative approach for cardiac gating, even in peripheral target areas far away from the commonly used upper torso positions of ECG electrodes. This feature would be very beneficial to address traveling time induced motion artifacts and trigger latency related issues raised by ECG-gated peripheral MR angiography. For all those reasons, this work proposes the use of MHD-trigger for cardiac gated MR.}, language = {en} } @misc{FrauenrathdeGeyerd'OrthNiendorf2011, author = {Frauenrath, Tobias and de Geyer d'Orth, Thibaut and Niendorf, Thoralf}, title = {Assessment of Accuracy \& Reproducibility of ECG, Pulse Oximetry \& Phonocardiogram Gating of Cardiac MRI at 7T}, series = {2011 ISMRM Annual Meeting Proceedings}, journal = {2011 ISMRM Annual Meeting Proceedings}, issn = {1545-4428}, year = {2011}, abstract = {At (ultra)high magnetic fields the artifact sensitivity of ECG recordings increases. This bears the risk of R-wave mis-registration which has been consistently reported for ECG triggered CMR at 7.0T. Realizing the constraints of conventional ECG, acoustic cardiac triggering (ACT) has been proposed. The clinical ACT has not been carefully examined yet. For this reason, this work scrutinizes the suitability, accuracy and reproducibility of ACT for CMR at 7.0T. For this purpose, the trigger reliability and trigger detection variance are examined together with an qualitative and quantitative assessment of image quality of the heart at 7.0T.}, language = {en} } @misc{MartinFrauenrathZerdemetal.2011, author = {Martin, Conrad Steven and Frauenrath, Tobias and Zerdem, Celal and Renz, Wolfgang and Niendorf, Thoralf}, title = {Evaluation of Magneto Alert Sensor (MALSE) to Improve MR Safety by Decreasing the Incidence of Ferromagnetic Projectile Accidents}, series = {2011 ISMRM Annual Meeting Proceedings}, journal = {2011 ISMRM Annual Meeting Proceedings}, issn = {1545-4428}, year = {2011}, abstract = {The magnetic forces of fringe magnetic fields of MR systems on ferromagnetic components can impose a severe patient, occupational health and safety hazard. MRI accidents are listed as number 9 of the top 10 risks in modern medicine. With the advent of ultrahigh field MR systems including passively shielded magnet versions, this risk, commonly known as the missile or projectile effect is even more pronounced. A strategy employing magnetic field sensors which can be attached to ferromagnetic objects that are commonly used in a clinical environment is conceptually appealing for the pursuit of reducing the risk of ferromagnetic projectile accidents.}, language = {en} } @misc{FrauenrathRenzRiegeretal.2010, author = {Frauenrath, Tobias and Renz, Wolfgang and Rieger, Jan and G{\"o}mmel, Andreas and Butenweg, Christoph and Niendorf, Thoralf}, title = {High Spatial Resolution 3D MRI of the Larynx Using a Dedicated TX/RX Phased Array Coil at 7.0T}, series = {2010 ISMRM-ESMRMB joint annual meeting}, journal = {2010 ISMRM-ESMRMB joint annual meeting}, issn = {1545-4428}, year = {2010}, abstract = {MRI holds great potential for elucidating laryngeal and vocal fold anatomy together with the assessment of physiological processes associated in human phonation. However, MRI of human phonation remains very challenging due to the small size of the targeted structures, interfering signal from fat, air between the vocal folds and surrounding muscles and physiological motion. These anatomical/physiological constraints translate into stringent technical requirements in balancing, scan time, image contrast, immunity to physiological motion, temporal resolution and spatial resolution. Motivated by these challenges and limitations this study is aiming at translating the sensitivity gain at ultra-high magnetic fields for enhanced high spatial resolution 3D imaging of the larynx and vocal tract. To approach this goal a dedicated two channel TX/RX larynx coil is being proposed.}, language = {en} } @misc{HezelFrauenrathRenzetal.2010, author = {Hezel, Fabian and Frauenrath, Tobias and Renz, Wolfgang and Schulz-Menger, Jeanette and Niendorf, Thoralf}, title = {Feasibility of CINE Myocardial T2* Mapping Using Susceptibility Weighted Gradient-Echo Imaging at 7.0 T}, series = {2010 ISMRM-ESMRMB joint annual meeting}, journal = {2010 ISMRM-ESMRMB joint annual meeting}, issn = {1545-4428}, year = {2010}, abstract = {This study is designed to demonstrate the promise of susceptibility weighted 2D CINE FLASH and T2* Mapping of the heart at 7T.}, language = {en} } @misc{FrauenrathBeckerHezeletal.2010, author = {Frauenrath, Tobias and Becker, Meike and Hezel, Fabian and Krombach, Gabriele A. and Kremer, Ute and Schulz-Menger, Jeanette and Niendorf, Thoralf}, title = {Comparison of Left Function Assessment Using Phonocardiogram and Electrocardiogram Triggered 2D SSFP CINE MR Imaging at 1.5 T and 3.0 T}, series = {2010 ISMRM-ESMRMB joint annual meeting}, journal = {2010 ISMRM-ESMRMB joint annual meeting}, issn = {1545-4428}, year = {2010}, abstract = {As high-field cardiac MRI (CMR) becomes more widespread the propensity of ECG to distortions and mistriggering increases and with it the motivation for a cardiac triggering alternative. Hence, this study explores the suitability of acoustic cardiac triggering (ACT) for left ventricular (LV) function assessment in healthy subjects at 1.5T and 3.0T.}, language = {en} } @misc{DieringerRenzLindeletal.2010, author = {Dieringer, Matthias A. and Renz, Wolfgang and Lindel, Tomasz and Seifert, Frank and Frauenrath, Tobias and Waiczies, Helmar and von Knobelsdorff-Brenkhoff, Florian and Santoro, Davide and Hoffmann, Werner and Ittermann, Bernd and Schulz-Menger, Jeanette and Niendorf, Thoralf}, title = {4CH TX/RX Surface Coil for 7T: Design, Optimization and Application for Cardiac Function Imaging}, series = {2010 ISMRM-ESMRMB joint annual meeting}, journal = {2010 ISMRM-ESMRMB joint annual meeting}, issn = {1545-4428}, year = {2010}, abstract = {Practical impediments of ultra high field cardiovascular MR (CVMR) can be catalogued in exacerbated magnetic field and radio frequency (RF) inhomogeneities, susceptibility and off-resonance effects, conductive and dielectric effects in tissue, and RF power deposition constraints, which all bear the potential to spoil the benefit of CVMR at 7T. Therefore, a four element cardiac transceive surface coil array was developed. Cardiac imaging provided clinically acceptable signal homogeneity with an excellent blood myocardium contrast. Subtle anatomic structures, such as pericardium, mitral and tricuspid valves and their apparatus, papillary muscles, and trabecles were accurately delineated.}, language = {en} } @article{FiedlerOrzadaFloeseretal.2021, author = {Fiedler, Thomas M. and Orzada, Stephan and Fl{\"o}ser, Martina and Rietsch, Stefan H. G. and Quick, Harald H. and Ladd, Mark E. and Bitz, Andreas}, title = {Performance analysis of integrated RF microstrip transmit antenna arrays with high channel count for body imaging at 7 T}, series = {NMR in Biomedicine}, volume = {34}, journal = {NMR in Biomedicine}, number = {7}, publisher = {Wiley}, address = {Weinheim}, issn = {0952-3480 (ISSN)}, doi = {10.1002/nbm.4515}, pages = {18 SeitenWiley}, year = {2021}, abstract = {The aim of the current study was to investigate the performance of integrated RF transmit arrays with high channel count consisting of meander microstrip antennas for body imaging at 7 T and to optimize the position and number of transmit ele- ments. RF simulations using multiring antenna arrays placed behind the bore liner were performed for realistic exposure conditions for body imaging. Simulations were performed for arrays with as few as eight elements and for arrays with high channel counts of up to 48 elements. The B1+ field was evaluated regarding the degrees of freedom for RF shimming in the abdomen. Worst-case specific absorption rate (SARwc ), SAR overestimation in the matrix compression, the number of virtual obser- vation points (VOPs) and SAR efficiency were evaluated. Constrained RF shimming was performed in differently oriented regions of interest in the body, and the devia- tion from a target B1+ field was evaluated. Results show that integrated multiring arrays are able to generate homogeneous B1+ field distributions for large FOVs, espe- cially for coronal/sagittal slices, and thus enable body imaging at 7 T with a clinical workflow; however, a low duty cycle or a high SAR is required to achieve homoge- neous B1+ distributions and to exploit the full potential. In conclusion, integrated arrays allow for high element counts that have high degrees of freedom for the pulse optimization but also produce high SARwc , which reduces the SAR accuracy in the VOP compression for low-SAR protocols, leading to a potential reduction in array performance. Smaller SAR overestimations can increase SAR accuracy, but lead to a high number of VOPs, which increases the computational cost for VOP evaluation and makes online SAR monitoring or pulse optimization challenging. Arrays with interleaved rings showed the best results in the study.}, language = {en} } @article{HarrisKleefeld2018, author = {Harris, Isaac and Kleefeld, Andreas}, title = {The inverse scattering problem for a conductive boundary condition and transmission eigenvalues}, series = {Applicable Analysis}, volume = {99}, journal = {Applicable Analysis}, number = {3}, publisher = {Taylor \& Francis}, address = {London}, issn = {1563-504X}, doi = {10.1080/00036811.2018.1504028}, pages = {508 -- 529}, year = {2018}, abstract = {In this paper, we consider the inverse scattering problem associated with an inhomogeneous media with a conductive boundary. In particular, we are interested in two problems that arise from this inverse problem: the inverse conductivity problem and the corresponding interior transmission eigenvalue problem. The inverse conductivity problem is to recover the conductive boundary parameter from the measured scattering data. We prove that the measured scatted data uniquely determine the conductivity parameter as well as describe a direct algorithm to recover the conductivity. The interior transmission eigenvalue problem is an eigenvalue problem associated with the inverse scattering of such materials. We investigate the convergence of the eigenvalues as the conductivity parameter tends to zero as well as prove existence and discreteness for the case of an absorbing media. Lastly, several numerical and analytical results support the theory and we show that the inside-outside duality method can be used to reconstruct the interior conductive eigenvalues.}, language = {en} } @article{KleefeldPieronek2020, author = {Kleefeld, Andreas and Pieronek, J.}, title = {Elastic transmission eigenvalues and their computation via the method of fundamental solutions}, series = {Applicable Analysis}, volume = {100}, journal = {Applicable Analysis}, number = {16}, publisher = {Taylore \& Francis}, address = {London}, issn = {1563-504X}, doi = {10.1080/00036811.2020.1721473}, pages = {3445 -- 3462}, year = {2020}, abstract = {A stabilized version of the fundamental solution method to catch ill-conditioning effects is investigated with focus on the computation of complex-valued elastic interior transmission eigenvalues in two dimensions for homogeneous and isotropic media. Its algorithm can be implemented very shortly and adopts to many similar partial differential equation-based eigenproblems as long as the underlying fundamental solution function can be easily generated. We develop a corroborative approximation analysis which also implicates new basic results for transmission eigenfunctions and present some numerical examples which together prove successful feasibility of our eigenvalue recovery approach.}, language = {en} } @article{BreussKleefeld2020, author = {Breuß, Michael and Kleefeld, Andreas}, title = {Implicit monotone difference methods for scalar conservation laws with source terms}, series = {Acta Mathematica Vietnamica}, volume = {45}, journal = {Acta Mathematica Vietnamica}, publisher = {Springer Singapore}, address = {Singapore}, issn = {2315-4144}, doi = {10.1007/s40306-019-00354-1}, pages = {709 -- 738}, year = {2020}, abstract = {In this article, a concept of implicit methods for scalar conservation laws in one or more spatial dimensions allowing also for source terms of various types is presented. This material is a significant extension of previous work of the first author (Breuß SIAM J. Numer. Anal. 43(3), 970-986 2005). Implicit notions are developed that are centered around a monotonicity criterion. We demonstrate a connection between a numerical scheme and a discrete entropy inequality, which is based on a classical approach by Crandall and Majda. Additionally, three implicit methods are investigated using the developed notions. Next, we conduct a convergence proof which is not based on a classical compactness argument. Finally, the theoretical results are confirmed by various numerical tests.}, language = {en} } @article{AsanteAsamaniKleefeldWade2020, author = {Asante-Asamani, E.O. and Kleefeld, Andreas and Wade, B.A.}, title = {A second-order exponential time differencing scheme for non-linear reaction-diffusion systems with dimensional splitting}, series = {Journal of Computational Physics}, volume = {415}, journal = {Journal of Computational Physics}, publisher = {Elsevier}, address = {Amsterdam}, issn = {0021-9991}, doi = {10.1016/j.jcp.2020.109490}, year = {2020}, abstract = {A second-order L-stable exponential time-differencing (ETD) method is developed by combining an ETD scheme with approximating the matrix exponentials by rational functions having real distinct poles (RDP), together with a dimensional splitting integrating factor technique. A variety of non-linear reaction-diffusion equations in two and three dimensions with either Dirichlet, Neumann, or periodic boundary conditions are solved with this scheme and shown to outperform a variety of other second-order implicit-explicit schemes. An additional performance boost is gained through further use of basic parallelization techniques.}, language = {en} } @incollection{Kleefeld2020, author = {Kleefeld, Andreas}, title = {Numerical calculation of interior transmission eigenvalues with mixed boundary conditions}, series = {Computational and Analytic Methods in Science and Engineering}, booktitle = {Computational and Analytic Methods in Science and Engineering}, editor = {Constanda, Christian}, publisher = {Birkh{\"a}user}, address = {Cham}, isbn = {978-3-030-48185-8 (Hardcover)}, doi = {10.1007/978-3-030-48186-5_9}, pages = {173 -- 195}, year = {2020}, abstract = {Interior transmission eigenvalue problems for the Helmholtz equation play an important role in inverse wave scattering. Some distribution properties of those eigenvalues in the complex plane are reviewed. Further, a new scattering model for the interior transmission eigenvalue problem with mixed boundary conditions is described and an efficient algorithm for computing the interior transmission eigenvalues is proposed. Finally, extensive numerical results for a variety of two-dimensional scatterers are presented to show the validity of the proposed scheme.}, language = {en} } @article{MartinVaqueroKleefeld2020, author = {Mart{\´i}n-Vaquero, J. and Kleefeld, Andreas}, title = {Solving nonlinear parabolic PDEs in several dimensions: Parallelized ESERK codes}, series = {Journal of Computational Physics}, journal = {Journal of Computational Physics}, number = {423}, publisher = {Elsevier}, address = {Amsterdam}, issn = {0021-9991}, doi = {10.1016/j.jcp.2020.109771}, year = {2020}, abstract = {There is a very large number of very important situations which can be modeled with nonlinear parabolic partial differential equations (PDEs) in several dimensions. In general, these PDEs can be solved by discretizing in the spatial variables and transforming them into huge systems of ordinary differential equations (ODEs), which are very stiff. Therefore, standard explicit methods require a large number of iterations to solve stiff problems. But implicit schemes are computationally very expensive when solving huge systems of nonlinear ODEs. Several families of Extrapolated Stabilized Explicit Runge-Kutta schemes (ESERK) with different order of accuracy (3 to 6) are derived and analyzed in this work. They are explicit methods, with stability regions extended, along the negative real semi-axis, quadratically with respect to the number of stages s, hence they can be considered to solve stiff problems much faster than traditional explicit schemes. Additionally, they allow the adaptation of the step length easily with a very small cost. Two new families of ESERK schemes (ESERK3 and ESERK6) are derived, and analyzed, in this work. Each family has more than 50 new schemes, with up to 84.000 stages in the case of ESERK6. For the first time, we also parallelized all these new variable step length and variable number of stages algorithms (ESERK3, ESERK4, ESERK5, and ESERK6). These parallelized strategies allow to decrease times significantly, as it is discussed and also shown numerically in two problems. Thus, the new codes provide very good results compared to other well-known ODE solvers. Finally, a new strategy is proposed to increase the efficiency of these schemes, and it is discussed the idea of combining ESERK families in one code, because typically, stiff problems have different zones and according to them and the requested tolerance the optimum order of convergence is different.}, language = {en} } @article{Kleefeld2021, author = {Kleefeld, Andreas}, title = {The hot spots conjecture can be false: some numerical examples}, series = {Advances in Computational Mathematics}, volume = {47}, journal = {Advances in Computational Mathematics}, publisher = {Springer}, address = {Dordrecht}, issn = {1019-7168}, doi = {10.1007/s10444-021-09911-5}, year = {2021}, abstract = {The hot spots conjecture is only known to be true for special geometries. This paper shows numerically that the hot spots conjecture can fail to be true for easy to construct bounded domains with one hole. The underlying eigenvalue problem for the Laplace equation with Neumann boundary condition is solved with boundary integral equations yielding a non-linear eigenvalue problem. Its discretization via the boundary element collocation method in combination with the algorithm by Beyn yields highly accurate results both for the first non-zero eigenvalue and its corresponding eigenfunction which is due to superconvergence. Additionally, it can be shown numerically that the ratio between the maximal/minimal value inside the domain and its maximal/minimal value on the boundary can be larger than 1 + 10- 3. Finally, numerical examples for easy to construct domains with up to five holes are provided which fail the hot spots conjecture as well.}, language = {en} } @misc{BurgethKleefeldNaegeletal.2020, author = {Burgeth, Bernhard and Kleefeld, Andreas and Naegel, Beno{\^i}t and Perret, Benjamin}, title = {Editorial — Special Issue: ISMM 2019}, series = {Mathematical Morphology - Theory and Applications}, volume = {4}, journal = {Mathematical Morphology - Theory and Applications}, number = {1}, publisher = {De Gruyter}, address = {Warschau}, issn = {2353-3390}, doi = {10.1515/mathm-2020-0200}, pages = {159 -- 161}, year = {2020}, abstract = {This editorial presents the Special Issue dedicated to the conference ISMM 2019 and summarizes the articles published in this Special Issue.}, language = {en} } @article{KleefeldZimmermann2022, author = {Kleefeld, Andreas and Zimmermann, M.}, title = {Computing Elastic Interior Transmission Eigenvalues}, series = {Integral Methods in Science and Engineering}, journal = {Integral Methods in Science and Engineering}, editor = {Constanda, Christian and Bodmann, Bardo E.J. and Harris, Paul J.}, publisher = {Birkh{\"a}user}, address = {Cham}, isbn = {978-3-031-07171-3}, doi = {10.1007/978-3-031-07171-3_10}, pages = {139 -- 155}, year = {2022}, abstract = {An alternative method is presented to numerically compute interior elastic transmission eigenvalues for various domains in two dimensions. This is achieved by discretizing the resulting system of boundary integral equations in combination with a nonlinear eigenvalue solver. Numerical results are given to show that this new approach can provide better results than the finite element method when dealing with general domains.}, language = {en} } @inproceedings{BurgethKleefeldZhangetal.2022, author = {Burgeth, Bernhard and Kleefeld, Andreas and Zhang, Eugene and Zhang, Yue}, title = {Towards Topological Analysis of Non-symmetric Tensor Fields via Complexification}, series = {Discrete Geometry and Mathematical Morphology}, booktitle = {Discrete Geometry and Mathematical Morphology}, editor = {Baudrier, {\´E}tienne and Naegel, Beno{\^i}t and Kr{\"a}henb{\"u}hl, Adrien and Tajine, Mohamed}, publisher = {Springer}, address = {Cham}, isbn = {978-3-031-19897-7}, doi = {10.1007/978-3-031-19897-7_5}, pages = {48 -- 59}, year = {2022}, abstract = {Fields of asymmetric tensors play an important role in many applications such as medical imaging (diffusion tensor magnetic resonance imaging), physics, and civil engineering (for example Cauchy-Green-deformation tensor, strain tensor with local rotations, etc.). However, such asymmetric tensors are usually symmetrized and then further processed. Using this procedure results in a loss of information. A new method for the processing of asymmetric tensor fields is proposed restricting our attention to tensors of second-order given by a 2x2 array or matrix with real entries. This is achieved by a transformation resulting in Hermitian matrices that have an eigendecomposition similar to symmetric matrices. With this new idea numerical results for real-world data arising from a deformation of an object by external forces are given. It is shown that the asymmetric part indeed contains valuable information.}, language = {en} } @article{ChwallekNawrathKrastinaetal.2024, author = {Chwallek, Constanze and Nawrath, Lara and Krastina, Anzelika and Bruksle, Ieva}, title = {Supportive research on sustainable entrepreneurship and business practices}, series = {SECA Sustainable Entrepreneurship for Climate Action}, journal = {SECA Sustainable Entrepreneurship for Climate Action}, number = {3}, publisher = {Lapland University of Applied Sciences Ltd}, address = {Rovaniemi}, isbn = {978-952-316-514-4 (pdf)}, issn = {2954-1654 (on-line publication)}, pages = {67 Seiten}, year = {2024}, language = {en} } @article{HarrisKleefeld2022, author = {Harris, Isaac and Kleefeld, Andreas}, title = {Analysis and computation of the transmission eigenvalues with a conductive boundary condition}, series = {Applicable Analysis}, volume = {101}, journal = {Applicable Analysis}, number = {6}, publisher = {Taylor \& Francis}, address = {London}, issn = {1563-504X}, doi = {10.1080/00036811.2020.1789598}, pages = {1880 -- 1895}, year = {2022}, abstract = {We provide a new analytical and computational study of the transmission eigenvalues with a conductive boundary condition. These eigenvalues are derived from the scalar inverse scattering problem for an inhomogeneous material with a conductive boundary condition. The goal is to study how these eigenvalues depend on the material parameters in order to estimate the refractive index. The analytical questions we study are: deriving Faber-Krahn type lower bounds, the discreteness and limiting behavior of the transmission eigenvalues as the conductivity tends to infinity for a sign changing contrast. We also provide a numerical study of a new boundary integral equation for computing the eigenvalues. Lastly, using the limiting behavior we will numerically estimate the refractive index from the eigenvalues provided the conductivity is sufficiently large but unknown.}, language = {en} } @article{ClausnitzerKleefeld2024, author = {Clausnitzer, Julian and Kleefeld, Andreas}, title = {A spectral Galerkin exponential Euler time-stepping scheme for parabolic SPDEs on two-dimensional domains with a C² boundary}, series = {Discrete and Continuous Dynamical Systems - Series B}, volume = {29}, journal = {Discrete and Continuous Dynamical Systems - Series B}, number = {4}, publisher = {AIMS}, address = {Springfield}, issn = {1531-3492}, doi = {10.3934/dcdsb.2023148}, pages = {1624 -- 1651}, year = {2024}, abstract = {We consider the numerical approximation of second-order semi-linear parabolic stochastic partial differential equations interpreted in the mild sense which we solve on general two-dimensional domains with a C² boundary with homogeneous Dirichlet boundary conditions. The equations are driven by Gaussian additive noise, and several Lipschitz-like conditions are imposed on the nonlinear function. We discretize in space with a spectral Galerkin method and in time using an explicit Euler-like scheme. For irregular shapes, the necessary Dirichlet eigenvalues and eigenfunctions are obtained from a boundary integral equation method. This yields a nonlinear eigenvalue problem, which is discretized using a boundary element collocation method and is solved with the Beyn contour integral algorithm. We present an error analysis as well as numerical results on an exemplary asymmetric shape, and point out limitations of the approach.}, language = {en} } @article{FrauenrathHezelRenzetal.2010, author = {Frauenrath, Tobias and Hezel, Fabian and Renz, Wolfgang and de Geyer d'Orth, Thibaut and Dieringer, Matthias and von Knobelsdorf-Brenkenhoff, Florian and Prothmann, Marcel and Schulz-Menger, Jeanette and Niendorf, Thoralf}, title = {Acoustic cardiac triggering: a practical solution for synchronization and gating of cardiovascular magnetic resonance at 7 Tesla}, series = {Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance}, volume = {12}, journal = {Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance}, number = {1}, publisher = {Elsevier}, address = {Amsterdam}, issn = {1532-429X}, doi = {10.1186/1532-429X-12-67}, year = {2010}, abstract = {Background To demonstrate the applicability of acoustic cardiac triggering (ACT) for imaging of the heart at ultrahigh magnetic fields (7.0 T) by comparing phonocardiogram, conventional vector electrocardiogram (ECG) and traditional pulse oximetry (POX) triggered 2D CINE acquisitions together with (i) a qualitative image quality analysis, (ii) an assessment of the left ventricular function parameter and (iii) an examination of trigger reliability and trigger detection variance derived from the signal waveforms. Results ECG was susceptible to severe distortions at 7.0 T. POX and ACT provided waveforms free of interferences from electromagnetic fields or from magneto-hydrodynamic effects. Frequent R-wave mis-registration occurred in ECG-triggered acquisitions with a failure rate of up to 30\% resulting in cardiac motion induced artifacts. ACT and POX triggering produced images free of cardiac motion artefacts. ECG showed a severe jitter in the R-wave detection. POX also showed a trigger jitter of approximately Δt = 72 ms which is equivalent to two cardiac phases. ACT showed a jitter of approximately Δt = 5 ms only. ECG waveforms revealed a standard deviation for the cardiac trigger offset larger than that observed for ACT or POX waveforms. Image quality assessment showed that ACT substantially improved image quality as compared to ECG (image quality score at end-diastole: ECG = 1.7 ± 0.5, ACT = 2.4 ± 0.5, p = 0.04) while the comparison between ECG vs. POX gated acquisitions showed no significant differences in image quality (image quality score: ECG = 1.7 ± 0.5, POX = 2.0 ± 0.5, p = 0.34). Conclusions The applicability of acoustic triggering for cardiac CINE imaging at 7.0 T was demonstrated. ACT's trigger reliability and fidelity are superior to that of ECG and POX. ACT promises to be beneficial for cardiovascular magnetic resonance at ultra-high field strengths including 7.0 T.}, language = {en} } @article{KobFrauenrath2009, author = {Kob, Malte and Frauenrath, Tobias}, title = {A system for parallel measurement of glottis opening and larynx position}, series = {Biomedical Signal Processing and Control}, volume = {4}, journal = {Biomedical Signal Processing and Control}, number = {3}, publisher = {Elsevier}, address = {Amsterdam}, issn = {1746-8108}, doi = {10.1016/j.bspc.2009.03.004}, pages = {221 -- 228}, year = {2009}, abstract = {The simultaneous assessment of glottal dynamics and larynx position can be beneficial for the diagnosis of disordered voice or speech production and swallowing. Up to now, methods either concentrate on assessment of the glottis opening using optical, acoustical or electrical (electroglottography, EGG) methods, or on visualisation of the larynx position using ultrasound, computer tomography or magnetic resonance imaging techniques. The method presented here makes use of a time-multiplex measurement approach of space-resolved transfer impedances through the larynx. The fast sequence of measurements allows a quasi simultaneous assessment of both larynx position and EGG signal using up to 32 transmit-receive signal paths. The system assesses the dynamic opening status of the glottis as well as the vertical and back/forward motion of the larynx. Two electrode-arrays are used for the measurement of the electrical transfer impedance through the neck in different directions. From the acquired data the global and individual conductivity is calculated as well as a 2D point spatial representation of the minimum impedance. The position information is shown together with classical EGG signals allowing a synchronous visual assessment of glottal area and larynx position. A first application to singing voice analysis is presented that indicate a high potential of the method for use as a non-invasive tool in the diagnosis of voice, speech, and swallowing disorders.}, language = {en} } @article{HeinrichsUttingFrauenrathetal.2009, author = {Heinrichs, Uwe and Utting, Jane F. and Frauenrath, Tobias and Hezel, Fabian and Krombach, Gabriele A. and Hodenius, Michael A. J. and Kozerke, Sebastian and Niendorf, Thoralf}, title = {Myocardial T2 mapping free of distortion using susceptibility-weighted fast spin-echo imaging: A feasibility study at 1.5 T and 3.0 T}, series = {Magnetic Resonance in Medicine}, volume = {62}, journal = {Magnetic Resonance in Medicine}, number = {3}, publisher = {Wiley-Liss}, address = {New York}, issn = {1522-2594}, doi = {10.1002/mrm.22054}, pages = {822 -- 828}, year = {2009}, abstract = {This study demonstrates the feasibility of applying free-breathing, cardiac-gated, susceptibility-weighted fast spin-echo imaging together with black blood preparation and navigator-gated respiratory motion compensation for anatomically accurate T₂ mapping of the heart. First, T₂ maps are presented for oil phantoms without and with respiratory motion emulation (T₂ = (22.1 ± 1.7) ms at 1.5 T and T₂ = (22.65 ± 0.89) ms at 3.0 T). T₂ relaxometry of a ferrofluid revealed relaxivities of R2 = (477.9 ± 17) mM⁻¹s⁻¹ and R2 = (449.6 ± 13) mM⁻¹s⁻¹ for UFLARE and multiecho gradient-echo imaging at 1.5 T. For inferoseptal myocardial regions mean T₂ values of 29.9 ± 6.6 ms (1.5 T) and 22.3 ± 4.8 ms (3.0 T) were estimated. For posterior myocardial areas close to the vena cava T₂-values of 24.0 ± 6.4 ms (1.5 T) and 15.4 ± 1.8 ms (3.0 T) were observed. The merits and limitations of the proposed approach are discussed and its implications for cardiac and vascular T₂-mapping are considered.}, language = {en} } @article{FrauenrathNiendorfKob2008, author = {Frauenrath, Tobias and Niendorf, Thoralf and Kob, Malte}, title = {Acoustic method for synchronization of Magnetic Resonance Imaging (MRI)}, series = {Acta Acustica}, volume = {94}, journal = {Acta Acustica}, number = {1}, publisher = {Hirzel}, address = {Stuttgart}, issn = {1861-9959}, doi = {10.3813/AAA.918017}, pages = {148 -- 155}, year = {2008}, abstract = {Magnetic Resonance Imaging (MRI) of moving organs requires synchronization with physiological motion or flow, which dictate the viable window for data acquisition. To meet this challenge, this study proposes an acoustic gating device (ACG) that employs acquisition and processing of acoustic signals for synchronization while providing MRI compatibility, immunity to interferences with electro-magnetic and acoustic fields and suitability for MRI at high magnetic field strengths. The applicability and robustness of the acoustic gating approach is examined in a pilot study, where it substitutes conventional ECG-gating for cardiovascular MR. The merits and limitations of the ACG approach are discussed. Implications for MR imaging in the presence of physiological motion are considered including synchronization with other structure- or motion borne sounds.}, language = {en} }