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Anlass der vorliegenden Arbeit war die Suche nach einem geeigneten Sehnendefekt-Modell, das die Untersuchung der Wirkung moderner Therapieansätze unter Standardbedingungen ermöglicht. Die Auswertung der Literatur zeigte, dass eine große Anzahl an Sehnendefekt-Modellen mit sehr unterschiedlichen Fragestellungen sowohl an Großtieren, Kleintieren als auch Labortieren eingesetzt wurde. In der vorliegenden Arbeit wurden bekannte Sehnendefekt-Modelle mit besonderem Augenmerk auf die verwendete Methodik und das damit induzierte Schadmuster untersucht. Die umfassende Literaturauswertung mit präziser pathomorphologischer Charakterisierung der Defekte diente als entscheidende Grundlage für die Entwicklung des eigenen Tiermodells. Beim hier vorgestellten Schafmodell handelt es sich um ein Core Lesion- Modell. Es simuliert die am häufigsten beim Pferd auftretende Sehnenerkrankung und bietet die Möglichkeit der direkten intraläsionalen Injektion eines Therapeutikums. Die Core Lesion stellt ein abgeschlossenes Kompartiment dar, so dass keine Trägermaterialien nötig sind, um ein appliziertes Therapeutikum am Wirkort zu binden. Verschiedene chirurgische Zugänge und Zielsehnen wurden beim Schafmodell untersucht. Als geeignet für ein Core Lesion- Modell erwiesen sich beim Schaf die tiefe Beugesehne distal des Karpalgelenks sowie die oberflächliche Beugesehne im Bereich des Tendo calcaneus communis. Für die Induktion der Läsion wurden in Anlehnung an die von LITTLE und SCHRAMME (2006) bzw. SCHRAMME et al. (2010a) beim Pferd gezeigte Methodik unterschiedliche chirurgische Instrumente verwendet. Dabei wurden der Einsatz einer Knochenmark-Extraktionsnadel sowie verschiedene manuell oder elektrisch betriebene arthroskopische Klingen und Fräsköpfe hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit sowie des durch sie verursachten Schadmusters miteinander verglichen. Ein manueller Instrumenteneinsatz führte zu deutlich milderen Schadmustern. Dabei kam es durch die Verwendung des Stiletts einer Knochenmark-Extraktionsnadel in einigen Bereichen zu scharfen Faserdurchtrennungen, in anderen Bereichen wurden die Kollagenfasern nur stumpf auseinander gedehnt. Der Einsatz arthroskopischer Klingen und Fräsköpfe beim Schafmodell ist nur eingeschränkt möglich. Durch die geringe Sehnengröße stehen nur sehr wenige Instrumente mit einem entsprechend kleinen Durchmesser zur Verfügung. Ein Round Burr konnte unter experimentellen Bedingungen eingesetzt werden und führte zu einer hochgradigen Schädigung des kompletten Sehnenquerschnitts. Dabei wurden die Fasern aus ihrer ursprünglichen Orientierung heraus gerissen, zumeist aber nicht vom umgebenden Gewebe abgetrennt. Ein Synovial Resector führte hingegen zu einer scharfen Faserdurchtrennung und dadurch zu einem deutlich abgegrenzten Defektbereich. Weitere Einzelheiten wie die resultierende Einblutung und das Einwandern verschiedener Entzündungszell-Spezies müssen in-vivo untersucht werden, um eine klare Empfehlung für den Einsatz der verschiedenen Instrumente formulieren zu können. Die Auswertung der vorhandenen Sehnendefekt-Modelle sowie die eigenen Ergebnisse führten zu dem Schluss, dass eine Kombination verschiedener Methoden sinnvoll sein könnte. Die Arbeit beschreibt ein sicheres, praktikables Großtiermodell für die Simulation von Core Lesions. Das Modell kann zunächst im Tierversuch eingesetzt werden, um die nach Defektinduktion ablaufenden pathophysiologischen Prozesse zu charakterisieren. Dann steht mit dem Schafmodell ein zeitgemäßes Modell für die Untersuchung verschiedener Therapiekonzepte zur Verfügung, das für die Pferdemedizin eingesetzt werden kann, sich aber auch für Untersuchungen mit humanmedizinischem Hintergrund vielversprechend zeigt. Das Modell stellt damit ein wichtiges Bindeglied zwischen Grundlagenforschung und dem klinischen Einsatz moderner Therapiekonzepte dar.

Ziel der vorliegenden Untersuchung ist es, im Hinblick auf eine industrielle Nutzung von Waldrestholz, alternative Prozesse der Bereitstellung zu identifizieren und zu bewerten. Dabei werden die höheren Mengenströme bei einer industriellen Nutzung ebenso berücksichtigt, wie die qualitativen Ansprüche an den Rohstoff und die Einbindung der Waldrestholzlogistik in ein funktionierendes Abrechnungs- und Lagerhaltungssystem. Ausschlaggebend ist dabei die Beurteilung einer Bereitstellungskette in Gänze und nicht nur seiner einzelnen Prozesse. Hierfür wurden diverse Feldversuche durchgeführt, um Kenntnislücken bei wenig verbreiteten Bereitstellungsverfahren zu schließen oder um die Praxistauglichkeit zu überprüfen. Da der Ort der Holzzerkleinerung einen wesentlichen Unterschied bei der Breistellung von Waldrestholz ausmacht, erfolgt die Aufteilung der Arbeitsverfahren im Rahmen der vorliegenden Arbeit nach einer ,Zerkleinerung am Werk’ und einer ,Zerkleinerung im Wald’. Ein wesentliches Kriterium für die Auswahl eines geeigneten Arbeitsverfahrens sind die Betriebs- und damit die Gesamtkosten sowie die Produktivität der einzelnen Teilprozesse. Um Wartezeiten bei gekoppelten Arbeitsverfahren angemessen berücksichtigen zu können, ist jedoch die Einbindung eines dynamischen Zeitbedarfsmodells notwendig. Zur Anwendung kommt eine vom Autor weiterentwickelte Berechnung zur Abschätzung des Zeitbedarfs beim Hacken und Transportieren von Hackschnitzeln. Als Ergebnis können, im Rahmen eines Bereitstellungskettenvergleichs für nahezu jeden Praxiseinsatz, Kosten und Produktivität der Bereitstellung von Waldrestholz vorab kalkuliert werden. Anhand von drei Praxisbeispielen wird der Arbeitsverfahrensvergleich getestet und mit den Ergebnissen in der Praxis konfrontiert. Es zeigt sich eine gute Anwendbarkeit des Kalkulationsmodells. Durch eine Sensitivitätsanalyse werden unter Beibehaltung der sonstigen Eingangsgrößen (ceteris paribus) unterschiedliche Variablen des Modells getestet. Es zeigt sich, dass ein Arbeitsverfahren auch dann teurer sein kann, wenn ein oder sogar mehrere Teilprozesse kostengünstiger sind als bei einem anderen Bereitstellungsverfahren. Das entwickelte Modell ist ein Lösungsansatz für den Umgang mit komplexen Prozessen. Durch Abstraktion werden prinzipielle Zusammenhänge verdeutlicht. Dabei ist der mehrstufige Modellansatz individuell und vielfach anwendbar. Damit ist die entwickelte lineare Kompositionsmethode wissenschaftlich reproduzierbar aufzubauen, hinreichend mit Daten validierbar, flexibel ausbaufähig, und mit neuen technischen Verfahrensstufen (Fallstudien) erweiterbar.

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Für die Herstellung von immer kleiner werdenden elektronischen Bauteilen ist es notwendig, Schichten verschiedener Stoffe auf einem Substrat abzuscheiden. Dazu werden häufig Verfahren verwendet, bei denen Gase in kleine Strukturen eindringen und dort an der Oberfläche reagieren. Damit können Schichten abgeschieden werden. Bei der Gasströmung in mikroskopischen Strukturen auf einem Wafer zeigt sich ein anderes Strömungsverhalten als bei einer Gasströmung in einer makroskopischen Struktur bei Normaldruck. Dabei sind Kollisionen zwischen Gasteilchen oft vernachlässigbar, und die Kollisionen von Teilchen mit der Geometrie, in der sich das Gas befindet, überwiegen. Zur Untersuchung solcher Vorgänge ist es von Interesse, eine derartige Gasströmung und die entsprechenden Schichtabscheidungen simulieren zu können. In dieser Arbeit wurde ein Simulationsverfahren entwickelt, welches Gase im Bereich der freien Molekülströmung und deren chemische und physikalische Interaktionen an Oberflächen simulieren kann. Die Simulationen sind dabei speziell für die freie Molekülströmung optimiert und ist nicht auf viele Aspekte angewiesen, die in anderen Strömungsregimen notwendig sind. Dies geschieht mittels einer Monte-Carlo-Simulation von Teilchen, welche mittels Pfadverfolgung in einer beliebigen dreidimensionalen Geometrie simuliert werden können. Dabei kann eine große Menge an verschiedenen Wechselwirkungen von Teilchen mit den Wänden der Geometrie simuliert werden. Es erfolgten Vergleiche mit bekannten Literaturwerten, wie der Durchlasswahrscheinlichkeit eines Zylinders oder einem einzelnen ALD Schritt in einem zylinderförmigen Loch bei verschiedenen Adsorptionswahrscheinlichkeiten. Das verwendete Simulationsverfahren erlaubt eine einfache Erweiterung von Wechselwirkungen, welche an Oberflächen auftreten können. So wurde auch ein PVD Verfahren und der Einfluss eines Kollimators auf die Teilchenströmung untersucht.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Symbolverzeichnis 1 Motivation und Einführung 2 Grundlagen 2.1 Knudsenzahl 2.1.1 Strömungsregime 2.1.2 Mittlere freie Weglänge bei verschiedenen Teilchenarten 2.2 Schichtabscheidungen 2.2.1 Chemische Gasphasenabscheidung 2.2.2 Atomlagenabscheidung 2.2.3 Physikalische Gasphasenabscheidung 2.3 Chemische Reaktionen an Oberflächen 2.3.1 Adsorption an einer freien Oberfläche 2.4 Simulationsansätze 2.4.1 Direct Simulation Monte Carlo 2.4.2 Angular Coefficient Method 2.4.3 Pfadverfolgung von Teilchen 2.4.4 Finite Volumen Methoden 3 Modellentwicklung 3.1 Grundidee 3.2 Interaktionen an Wänden 3.2.1 Reflexion und Reemission von Teilchen 3.2.2 Chemische Reaktionen 3.2.3 Tabellierte Oberflächeninteraktionen 3.3 Erweiterung für Bereiche geringerer Knudsenzahlen 3.4 Implementation 3.4.1 Wandkollisionen 3.4.2 Raytracing und Unterteilung der Geometrie 3.4.3 Simulationsdefinition 3.4.4 Simulationen in 2D 4 Simulationen und Ergebnisse 4.1 Durchlasswahrscheinlichkeit eines Hohlzylinders 4.2 Durchlasswahrscheinlichkeit durch ein gekrümmtes Rohr in 2D 4.3 ALD in einem zylinderförmigen Loch 4.4 Gleichgewicht zwischen Adsorption und Desorption an einer Oberfläche 4.5 Sputterabscheidung von Kupfer in einem PVD-Reaktor 4.5.1 Simulationen in einem Vakuum 4.5.2 Simulation bei Verwendung eines Hintergrundgases 5 Zusammenfassung und Ausblick 5.1 Zusammenfassung 5.2 Ausblick Literaturverzeichnis Danksagung Selbstständigkeitserklärung

Role-based modeling has been investigated for over 35 years as a promising paradigm to model complex, dynamic systems. Although current software systems are characterized by increasing complexity and context-dependence, all this research had almost no influence on current software development practice, still being discussed in recent literature. One reason for this is the lack of a coherent, comprehensive, readily applicable notion of roles. Researchers focused either on relational roles or context-dependent roles rather then combining both natures. Currently, there is no role-based modeling language sufficiently incorporating both the relational and context-dependent nature of roles together with the various proposed constraints. Hence, this paper formalizes a full-fledged role-based modeling language supporting both natures. To show its sufficiency and adequacy, a real world example is employed.

Since the year 1977, role modeling has been continuously investigated as promising paradigm to model complex, dynamic systems. However, this research had almost no influence on the design of todays increasingly complex and context-sensitive software systems. The reason for that is twofold. First, most modeling languages focused either on the behavioral, relational or context-dependent nature of roles rather than combining them. Second, there is a lack of tool support for the design, validation, and generation of role-based software systems. In particular, there exists no graphical role modeling editor supporting the three natures as well as the various proposed constraints. To overcome this deficiency, we introduce the Full-fledged Role Modeling Editor (FRaMED), a graphical modeling editor embracing all natures of roles and modeling constraints featuring generators for a formal representation and source code of a rolebased programming language. To show its applicability for the development of role-based software systems, an example from the banking domain is employed.

Anlass der vorliegenden Arbeit war die Suche nach einem geeigneten Sehnendefekt-Modell, das die Untersuchung der Wirkung moderner Therapieansätze unter Standardbedingungen ermöglicht. Die Auswertung der Literatur zeigte, dass eine große Anzahl an Sehnendefekt-Modellen mit sehr unterschiedlichen Fragestellungen sowohl an Großtieren, Kleintieren als auch Labortieren eingesetzt wurde. In der vorliegenden Arbeit wurden bekannte Sehnendefekt-Modelle mit besonderem Augenmerk auf die verwendete Methodik und das damit induzierte Schadmuster untersucht. Die umfassende Literaturauswertung mit präziser pathomorphologischer Charakterisierung der Defekte diente als entscheidende Grundlage für die Entwicklung des eigenen Tiermodells. Beim hier vorgestellten Schafmodell handelt es sich um ein Core Lesion- Modell. Es simuliert die am häufigsten beim Pferd auftretende Sehnenerkrankung und bietet die Möglichkeit der direkten intraläsionalen Injektion eines Therapeutikums. Die Core Lesion stellt ein abgeschlossenes Kompartiment dar, so dass keine Trägermaterialien nötig sind, um ein appliziertes Therapeutikum am Wirkort zu binden. Verschiedene chirurgische Zugänge und Zielsehnen wurden beim Schafmodell untersucht. Als geeignet für ein Core Lesion- Modell erwiesen sich beim Schaf die tiefe Beugesehne distal des Karpalgelenks sowie die oberflächliche Beugesehne im Bereich des Tendo calcaneus communis. Für die Induktion der Läsion wurden in Anlehnung an die von LITTLE und SCHRAMME (2006) bzw. SCHRAMME et al. (2010a) beim Pferd gezeigte Methodik unterschiedliche chirurgische Instrumente verwendet. Dabei wurden der Einsatz einer Knochenmark-Extraktionsnadel sowie verschiedene manuell oder elektrisch betriebene arthroskopische Klingen und Fräsköpfe hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit sowie des durch sie verursachten Schadmusters miteinander verglichen. Ein manueller Instrumenteneinsatz führte zu deutlich milderen Schadmustern. Dabei kam es durch die Verwendung des Stiletts einer Knochenmark-Extraktionsnadel in einigen Bereichen zu scharfen Faserdurchtrennungen, in anderen Bereichen wurden die Kollagenfasern nur stumpf auseinander gedehnt. Der Einsatz arthroskopischer Klingen und Fräsköpfe beim Schafmodell ist nur eingeschränkt möglich. Durch die geringe Sehnengröße stehen nur sehr wenige Instrumente mit einem entsprechend kleinen Durchmesser zur Verfügung. Ein Round Burr konnte unter experimentellen Bedingungen eingesetzt werden und führte zu einer hochgradigen Schädigung des kompletten Sehnenquerschnitts. Dabei wurden die Fasern aus ihrer ursprünglichen Orientierung heraus gerissen, zumeist aber nicht vom umgebenden Gewebe abgetrennt. Ein Synovial Resector führte hingegen zu einer scharfen Faserdurchtrennung und dadurch zu einem deutlich abgegrenzten Defektbereich. Weitere Einzelheiten wie die resultierende Einblutung und das Einwandern verschiedener Entzündungszell-Spezies müssen in-vivo untersucht werden, um eine klare Empfehlung für den Einsatz der verschiedenen Instrumente formulieren zu können. Die Auswertung der vorhandenen Sehnendefekt-Modelle sowie die eigenen Ergebnisse führten zu dem Schluss, dass eine Kombination verschiedener Methoden sinnvoll sein könnte. Die Arbeit beschreibt ein sicheres, praktikables Großtiermodell für die Simulation von Core Lesions. Das Modell kann zunächst im Tierversuch eingesetzt werden, um die nach Defektinduktion ablaufenden pathophysiologischen Prozesse zu charakterisieren. Dann steht mit dem Schafmodell ein zeitgemäßes Modell für die Untersuchung verschiedener Therapiekonzepte zur Verfügung, das für die Pferdemedizin eingesetzt werden kann, sich aber auch für Untersuchungen mit humanmedizinischem Hintergrund vielversprechend zeigt. Das Modell stellt damit ein wichtiges Bindeglied zwischen Grundlagenforschung und dem klinischen Einsatz moderner Therapiekonzepte dar.

Gas-liquid two-phase flows are encountered in different industrial applications such as, chemical reactors, wastewater treatment, oil and gas exploration and nuclear reactors. In nuclear reactors, boiling two-phase flows occur under both normal and accident conditions. For the design and safety operation of nuclear reactors, Computational Fluid Dynamics (CFD) based on the Euler−Euler framework has become a popular tool. However, accurate CFD prediction for a fuel assembly geometry is still a challenge. The reason is that the accuracy of two-phase flow simulations is highly dependent on adequate modelling of phase interactions including interfacial forces (i.e. drag, lift, wall lubrication, turbulent dispersion and virtual mass), bubble-induced turbulence (BIT) and bubble breakup/coalescence. Through the Euler−Euler framework, modelling of these phase interactions is provided by different approaches. These approaches include closure equations, most of which have been determined empirically. These closures are important for the accurate prediction of mean flow profiles, including void fraction and phase velocity distributions. A variety of closure models has been proposed by different researchers. However, it is difficult to differentiate them and make an appropriate choice for a particular problem without knowing their predictive properties in detail. While an extensive number of models have been developed and have meanwhile been well validated for simple pipe and column geometries, there is yet limited analysis and qualification for more complex three-dimensional flow domains. One reason for this is the lack of suitable experimental validation data. In addition, it is important to mention that most of the available models were generally obtained considering laminar or low turbulence conditions. Therefore, it is necessary to further investigate the modelling capabilities for two-phase flows with flow complexity/high turbulence as they occur in nuclear reactors. For this purpose, additional validations are required in the CFD modelling of two-phase flows. However, studies on the capabilities of two-phase flow models directly for rod bundles are very complicated and time-consuming. Hence, a capability analysis of the models for the three main phenomena, i.e. breakup/coalescence, drag and turbulence, was first carried out for the case of a semi-obstructed pipe under adiabatic flow conditions. The results were validated using the experimental data obtained by Neumann-Kipping (2022) on the void fraction, mean bubble diameter, bubble size distribution, liquid velocity and gas velocity for two different turbulence conditions. Subsequently, experiments were conducted in a 3 x 3 rod bundle with a spacer and vanes using X-ray computed tomography (CT), which provides high quality void data without disturbing the flow. The effects of different mass and heat fluxes on the void fraction and its distribution downstream of the spacer were analyzed. In addition, the effects of different vane angles on the distribution of the void fraction were discussed. Furthermore, an experimental database was obtained in a rod bundle with a spacer under different flow conditions to validate the numerical modelling. Finally, the improved CFD model obtained from the semi-obstructed pipe geometry was applied to the 3 x 3 rod bundle geometry under two different turbulence conditions. The numerical results were compared with the X-ray CT data on the void fraction. / Gas-Flüssig-Zweiphasenströmungen kommen in verschiedenen industriellen Anwendungen wie Blasensäulen, Rührkesseln und Kernreaktoren vor. In Kernreaktoren treten siedende Zweiphasenströmungen sowohl unter Normal- als auch unter Störfallbedingungen auf. Für die Auslegung und den sicheren Betrieb von Kernreaktoren ist die numerische Strömungsmechanik (engl. Computational Fluid Dynamics, CFD) auf der Grundlage des Euler−Euler-Konzepts zu einem wichtigen Instrument geworden. Eine genaue CFD-Vorhersage für eine Brennelementgeometrie ist jedoch nach wie vor eine Herausforderung. Der Grund dafür ist, dass die Genauigkeit von Zweiphasenströmungssimulationen in hohem Maße von einer genauen Modellierung der Phasenwechselwirkungen abhängt, einschließlich der Grenzflächenkräfte (d. h. Widerstand, Lift, Wand, turbulente Dispersion und virtuelle Masse), der blaseninduzierten Turbulenz (BIT) und des Aufbrechens/Koaleszierens von Blasen. Durch den Euler−Euler-Rahmen wird die Modellierung dieser Phasenwechselwirkungen durch verschiedene Ansätze ermöglicht. Zu diesen Ansätzen gehören Schließungsgleichungen, von denen die meisten empirisch ermittelt wurden. Diese Schließungsgleichungen sind wichtig für die genaue Vorhersage von mittleren Strömungsprofilen, einschließlich Gasgehalt und Phasengeschwindigkeitsverteilungen. Es gibt eine Vielzahl von Schließungsmodellen, die von verschiedenen Forschern innerhalb ihrer experimentellen Bereiche vorgeschlagen wurden. Es ist jedoch schwierig, sie zu unterscheiden und eine geeignete Wahl für ein bestimmtes Problem zu treffen, ohne ihre Vorhersageeigenschaften im Detail zu kennen. Während für einfache Rohr- und Säulengeometrien eine große Anzahl von Modellen entwickelt und inzwischen gut validiert wurde, gibt es für komplexere dreidimensionale Strömungsgebiete noch wenig Analyse und Qualifizierung. Ein Grund dafür ist der Mangel an geeigneten experimentellen Validierungsdaten. Darüber hinaus ist es wichtig zu erwähnen, dass die meisten der verfügbaren Modelle im Allgemeinen unter laminaren oder geringen Turbulenzbedingungen erstellt wurden. Daher ist es notwendig, die Modellierungsmöglichkeiten für Zweiphasenströmungen mit komplexer Strömung/hoher Turbulenz, wie sie in Kernreaktoren auftreten, weiter zu untersuchen. Zu diesem Zweck sind zusätzliche Validierungen bei der CFD-Modellierung von Zweiphasenströmungen erforderlich. Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit von Zweiphasenströmungsmodellen direkt für Stabbündel sind jedoch sehr kompliziert und zeitaufwändig. Daher wurde zunächst eine Fähigkeitsanalyse der Modelle für die drei Hauptphänomene, d. h. Aufbrechen/Koaleszenz, Widerstand und Turbulenz, für den Fall eines halbgeschlossenen Rohrs unter adiabatischen Strömungsbedingungen durchgeführt. Die Ergebnisse wurden anhand der von Neumann-Kipping (2022) gewonnenen experimentellen Daten über den Gasgehalt, den mittleren Blasendurchmesser, die Blasengrößenverteilung, die Flüssigkeitsgeschwindigkeit und die Gasgeschwindigkeit für zwei verschiedene Turbulenzbedingungen validiert. Anschließend wurden Experimente in einem 3 x 3-Stabbündel mit einem Abstandshalter und Fahnen unter Verwendung der Röntgen-Computertomographie (CT) durchgeführt, die qualitativ hochwertige Gasgehaltdaten liefert, ohne die Strömung zu stören. Die Auswirkungen unterschiedlicher Massen- und Wärmeströme auf den Gasgehalt und seine Verteilung stromabwärts des Abstandshalters wurden analysiert. Außerdem wurden die Auswirkungen verschiedener Fahnenwinkel auf die Verteilung des Gasgehaltes diskutiert. Darüber hinaus wurde eine experimentelle Datenbasis in einem Stabbündel mit einem Abstandshalter unter verschiedenen Strömungsbedingungen gewonnen, um die numerische Modellierung zu validieren. Schließlich wurde das verbesserte CFD-Modell, das aus der halbgeschlossenen Rohrgeometrie gewonnen wurde, auf die 3 x 3 Stabbündelgeometrie bei zwei verschiedenen Turbulenzbedingungen angewendet. Die numerischen Ergebnisse wurden mit den Röntgen-CT-Daten für den Gasgehalt verglichen.