Carbon concrete composites (C³) hold promise as a material class for constructing lightweight, durable, and sustainable structures. State-of-the-art carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) reinforcement comprises infinite multifilament bundles embedded in a polymeric matrix, en-suring adequate load transfer and process robustness, yet it undergoes considerable degrada-tion under elevated temperatures or harsh service conditions. Instead, the success of mineral-impregnated carbon fibers (MCFs) stems from their structural flexibility, inherent heat re-sistance, and outstanding compatibility with cementitious substrates. Geopolymers (GPs) have recently emerged as a viable coating alternative due to a unique combination of many advantages, e.g., sustainability, source diversity, long early-age processing time, synthesis by controlled low-temperature activation and a wide range of temperature resistance. This work aims to develop and test fast-setting MCF composites and associated processing technologies, which hold significant importance for industrial applications and structural fire safety. As a result of the novelty of mineral impregnation technology, challenges regarding the process chain and mixture must be mastered to explore the full material potential before the technology is translated to key markets. The introductory chapter offers a comprehensive review of fiber-reinforced geopolymer (FRG) systems in response to temperature influences. The concept development is grounded in a systematic investigation of several interrelated, critical processing aspects of GP impregnation, focusing on processing quality and strength evolution. This investigation is conducted alongside an automated and continuous impregna-tion technology. Findings from numerous experiments revealed that targeted thermal curing profoundly influ-enced the mechanical properties and microstructure of the GP matrices and resulting MCFs. Hereby, rapid setting and high early-age strength of MCF, comparable to conventional CFRPs, were achieved within the first several hours of heat curing. The ability of aluminosili-cate particles to penetrate a dense fiber bundle was studied by applying fly ash (FA) with a systematically varied particle size distribution. Thereby, the max. particle size close to the same range of diameter of individual filament proved to be the most efficient, improving both the mechanical performance of MCF and its bond to concrete. Furthermore, an experimental campaign on the role of fiber sizing agents in processing quality and final composite perfor-mance was conducted. The respective impregnation quality and quantity were comprehen-sively explained by varied yarn spreading behavior and wettability, resulting in apparent dif-ferences in filament-matrix morphology and mechanical performance of MCF. To achieve high shape stability, packing density, and tailor-bond characteristics, the effect of surface pro-filing and prototypical winding technology on MCF was investigated. Finally, the bond quality of the MCF was validated through yarn pull-out tests in GP concrete at elevated temperatures and compared with available CFRP. These tests generated parame-ters related to bond behavior, which were then used to construct a three-dimensional numeri-cal model. Based on proper parametric calibrations, good agreement between numerical and experimental characterizations was achieved to predict the material's performance for future applications.:1 Introduction 1 1.1 Motivation 1 1.2 Objectives of the thesis 5 1.3 Thesis structure 7 2 Publications 11 2.1 A review of the role of elevated temperatures on the mechanical properties of fiber-reinforced geopolymer (FRG) composites 12 2.2 Development and testing of fast curing, mineral-impregnated carbon fiber (MCF) reinforcements based on metakaolin-made geopolymers 37 2.3 Mineral-impregnated carbon-fiber (MCF) composites made with differently sized fly-ash geopolymers for durable light weight and high temperature applications. 50 2.4 Role of sizing agent on the microstructure morphology and mechanical properties of mineral-impregnated carbon-fiber (MCF) reinforcement made with geopolymers 66 2.5 Effect of surface profiling on the mechanical properties and bond behaviour of mineral-impregnated, carbon-fibre (MCF) reinforcement based on geopolymer 80 2.6 Temperature-dependent pull-out behavior of geopolymer concrete reinforced with polymer- or mineral-impregnated carbon fiber composites: an experimental and numerical study. 94 3 Summary and Outlook 108 3.1 Summary of the research work 108 3.2 Outlook 113 References 119 Appendix A IV Appendix B VI / Der Verbundwerkstoff Carbonbeton ist eine vielversprechende Materialklasse für den Bau von leichtgewichtigen, langlebigen und nachhaltigen Strukturen. Hochmoderne Bewehrungen aus Carbonfaser-verstärkte Kunststoffen (CFK) werden durch die Imprägnierung von Endlos-faserbündeln mit einer Polymermatrix hergestellt, was ausreichende Lastübertragungskapazi-tät und Prozessrobustheit gewährleistet, und jedoch durch hohe Temperaturen oder raue Um-gebungen erheblich zerstört wird. Stattdessen resultiert der Erfolg mineralimprägnierter Car-bonfasern (MCFs) aus ihrer strukturellen Flexibilität, inhärenten Wärmebeständigkeit und hervorragenden Kompatibilität mit zementären Substraten. Geopolymere (GPs) haben sich kürzlich als praktikable Beschichtungsalternative herausgestellt, aufgrund einer einzigartigen Kombination vieler Vorteile, wie Nachhaltigkeit, Quellenvielfalt, ausreichendes Verarbei-tungsfenster, Synthese durch kontrollierte thermische Aktivierung bei niedrigen Temperatu-ren und Hitzebeständigkeit. Die vorliegende Arbeit zielt auf die Entwicklung und Erprobung schnell abbindender MCF-Verbundwerkstoffe und zugehöriger Verarbeitungstechnologien ab, was für industrielle An-wendungen und den baulichen Brandschutz von großer Bedeutung ist. Aufgrund der Neuar-tigkeit der mineralischen Imprägnierungstechnologie müssen Herausforderungen in Bezug auf die Prozesskette und Mischung gemeistert werden, um das volle Materialpotenzial zu erkunden, bevor die Technologie auf Schlüsselmärkte übertragen wird. Dementsprechend gibt das einleitende Kapitel einen umfassenden Überblick über faserverstärkte Geopolymer (FRG)-Systeme unter Temperatureinwirkung. Das Entwicklungskonzept baut auf einer sy-stematischen Untersuchung mehrerer zusammenhängender, wichtiger Verarbeitungsaspekte der GP-Imprägnierung in Bezug auf Verarbeitungsqualität und Festigkeitsentwicklung von der Mikro- bis zur Makroskala und in Verbindung mit einer automatisierten und kontinuierli-chen Fertigungstechnologie auf. Ergebnisse zahlreicher Experimente zeigten, dass gezielte Wärmehärtung die mechanischen Eigenschaften und Mikrostruktur der GP-Matrizen und resultierenden MCFs nachhaltig be-einflußt. Hierdurch wurde eine schnelle Aushärtung und hohe Festigkeit von MCF innerhalb der ersten Stunden der Wärmebehandlung erreicht, und zwar vergleichbar mit konventionel-len CFRPs. Die Eindringfähigkeit von Aluminosilikatpartikeln in ein dichtes Faserbündel wurde durch die Anwendung von Flugasche (FA) mit systematisch variierter Partikelgrößen-verteilung untersucht. Dabei erwies sich die maximale Partikelgröße, die nahe dem Durch-messer einzelner Filamente liegt, als am effizientesten. Sie verbesserte sowohl die mechani-sche Leistung von MCF als auch seine Bindung an Beton. Darüber hinaus wurde eine expe-rimentelle Kampagne zur Rolle der Faserschlichte auf die Verarbeitungsqualität und die end-gültige Verbundleistung durchgeführt. Die jeweilige Imprägnierungsqualität wurde umfas-send durch ein unterschiedliches Spreizungsverhalten und Benetzbarkeit des Garns erklärt, was zu deutlichen Unterschieden in der Filament-Matrix-Verteilung und mechanischen Ei-genschaften von MCF führte. Zur Verbesserung der Formstabilität, Packungsdichte und ge-zielten Abstimmung der Verbundeigenschaften im Beton wurde der Effekt der Oberflächen-profilierung und prototypischen Wickeltechnik auf MCF untersucht. Schließlich wurde die Verbundqualität der MCF durch den Garnauszugversuch in GP-Beton bei erhöhten Temperaturen validiert und mit einer verfügbaren CFK-Bewehrung verglichen. Diese Tests generierten auf das Verbundverhalten bezogene Parameter, die dann zur Formu-lierung eines dreidimensionalen numerischen Modells verwendet wurden. Durch angemesse-ne parametrische Kalibrierungen wurde eine gute Übereinstimmung zwischen numerischen und experimentellen Charakterisierungen erreicht, um die Leistung des Materials für zukünf-tige Anwendungen vorherzusagen.:1 Introduction 1 1.1 Motivation 1 1.2 Objectives of the thesis 5 1.3 Thesis structure 7 2 Publications 11 2.1 A review of the role of elevated temperatures on the mechanical properties of fiber-reinforced geopolymer (FRG) composites 12 2.2 Development and testing of fast curing, mineral-impregnated carbon fiber (MCF) reinforcements based on metakaolin-made geopolymers 37 2.3 Mineral-impregnated carbon-fiber (MCF) composites made with differently sized fly-ash geopolymers for durable light weight and high temperature applications. 50 2.4 Role of sizing agent on the microstructure morphology and mechanical properties of mineral-impregnated carbon-fiber (MCF) reinforcement made with geopolymers 66 2.5 Effect of surface profiling on the mechanical properties and bond behaviour of mineral-impregnated, carbon-fibre (MCF) reinforcement based on geopolymer 80 2.6 Temperature-dependent pull-out behavior of geopolymer concrete reinforced with polymer- or mineral-impregnated carbon fiber composites: an experimental and numerical study. 94 3 Summary and Outlook 108 3.1 Summary of the research work 108 3.2 Outlook 113 References 119 Appendix A IV Appendix B VI

aus dem Inhalt: „Im Vergleich zur automatisierten Fertigung anderer industrieller Branchen ist das Bauen mit Beton noch immer stark durch handwerkliche Tätigkeiten geprägt. Dazu kommt, dass die endgültigen Eigenschaften von Betonbauteilen stark von den Umgebungsbedingungen während der Herstellung abhängig sind. Dieser Zustand führt zu Ungenauigkeiten und Unsicherheiten bei der Bauwerkserstellung, welche in einem wenig effizienten Materialeinsatz und Störungen im Bauprozess resultieren. Lange Bauzeiten und Wartezeiten bei Störungen sind die Folgen....” / from the content: „Compared to the automated production of other industrial sectors, construction with concrete is still strongly characterized by craftsmanship. In addition, the final properties of concrete components are strongly dependent on the environmental conditions during production. This leads to inaccuracies and uncertainties during construction, which result in inefficient use of materials and disruptions in the construction process. Long construction times and waiting periods in the case of disruptions are the consequences....”

Da Prüfungen und Tests häufig dazu dienen, den Zugang zu Bildungsprogrammen zu steuern und die Grundlage zur Abschlussvergabe am Ende von Bildungsprogrammen bilden, ist ihre Fairness und Validität von größter Bedeutung. Ein kontrovers diskutierter Aspekt standardisierter Tests ist die Verwendung von Zeitlimits. Unabhängig davon ob eine Testadministration Zeitdruck hervorrufen soll oder nicht, sollten Testentwickler:innen in die Lage versetzt werden, den Zeitdruck einer Testadministrationen explizit gestalten zu können. Zu diesem Zweck schlägt van der Linden (2011a, 2011b) einen Ansatz zur Kontrolle des Zeitdrucks von Tests in der automatisierten Testhefterstellung (ATA) unter Verwendung von Mixed Integer Linear Programming und eines lognormalen Antwortzeitmodells vor. Dabei hat der Ansatz von van der Linden jedoch eine zentrale Limitation: Er ist auf das zwei-parametrische lognormale Antwortzeitmodell beschränkt, das gleiche Geschwindigkeits-Sensitivitäten (d.h. Faktorladungen) für alle Items annimmt. Diese Arbeit zeigt, dass ansonsten parallele Testhefte mit unterschiedlichen Geschwindigkeits-Sensitivitäten für bestimmte Testteilnehmende unfair sind. Darüber hinaus wird eine Erweiterung des van der Linden-Ansatzes vorgestellt, die unterschiedliche Geschwindigkeits-Sensitivitäten von Items in ATA berücksichtigt. Weiter wird diskutiert, wie Testhefte mit identischen, aber unterschiedlich angeordneten Items zu Fairness-Problemen aufgrund von Item-Positionseffekten führen können und wie dies verhindert werden kann. Die vorliegende Arbeit enthält zusätzlich Anleitungen zur Verwendung des R-Pakets eatATA für ATA und zur Verwendung von Stan und rstan für Bayesianische hierarchische Antwortzeitmodellierung. Abschließend werden Alternativen, praktische Implikationen und Grenzen der vorgeschlagenen Ansätze diskutiert und Vorschläge für zukünftige Forschungsthemen gemacht. / As examinations and assessments are often used to control access to educational programs and to assess successful participation in an educational program, their fairness and validity is of great importance. A controversially discussed aspect of standardized tests is setting time limits on tests and how this practice can result in test speededness. Regardless of whether a test should be speeded or not, being able to deliberately control the speededness of tests is desirable. For this purpose, van der Linden (2011a, 2011b) proposed an approach to control the speededness of tests in automated test assembly (ATA) using mixed integer linear programming and a lognormal response time model. However, the approach by van der Linden (2011a, 2011b) has an important limitation, in that it is restricted to the two-parameter lognormal response time model which assumes equal speed sensitivities (i.e., factor loadings) across items. This thesis demonstrates that otherwise parallel test forms with differential speed sensitivities are indeed unfair for specific test-takers. Furthermore, an extension of the van der Linden approach is introduced, which incorporates speed sensitivities in ATA. Additionally, test speededness can undermine the fairness of a test if identical but differently ordered test forms are used. To prevent that the score of test-takers depends on whether easy or difficult items are located at the end of a test form, it is proposed that the same, most time intensive items should be placed at the end of all test forms. The thesis also provides introductions and tutorials on using the R package eatATA for ATA and using Stan and rstan for Bayesian hierarchical response time modeling. Finally, the thesis discusses alternatives, practical implications, and limitations of the proposed approaches and provides an outlook on future related research topics.

Der Bulbus olfactorius (OB) spielt eine wichtige Rolle in der Wahrnehmung von Gerüchen. Das OB-Volumen korreliert mit der Riechfunktion und ist daher ein Biomarker für mehrere neurodegenerative Erkrankungen sowie für Riechstörungen. In mehreren Studien wurde gezeigt, dass eine Abnahme des OB-Volumens mit einer Abnahme der Geruchsempfindlichkeit einhergeht und umgekehrt. Dies bedeutet, dass die Messung des OB-Volumens für verschiedene Diagnose- und Forschungszwecke von großem Interesse ist. Bisher wurden diese Messungen manuell durchgeführt, was mit einem Zeitaufwand von 15-20 Minuten pro Probanden eine sehr langwierige Methode ist, die außerdem zu erheblichen Messungenauigkeiten führt. Dies erschwert die Verarbeitung großer Datensätze sowie den Vergleich verschiedener Studien. Um dieses Problem zu lösen, haben wir einen vollautomatisierten, auf Deep-Learning basierten Algorithmus zur Segmentierung des OB sowie zur Messung dessen Volumens entwickelt und ein einsatzbereites Tool zur Anwendung veröffentlicht. Des Weiteren wurde eine Studie an Patienten mit Mild Cognitive Impairment (MCI) durchgeführt, um den Effekt von Riechtraining auf funktionale und morphologische Veränderungen des OB und des Hippocampus zu untersuchen. Methoden: Wir haben unseren Algorithmus auf vier Datensätzen trainiert und getestet, die jeweils aus T1-gewichteten MRT-Aufnahmen des gesamten Gehirns sowie hochaufgelösten T2-gewichteten Aufnahmen der vorderen Schädelbasis und den entsprechenden klinischen Informationen über das Riechvermögen der Probanden bestehen. Ein Datensatz enthielt Patienten mit gesicherter Anosmie oder Hyposmie (N = 79). Die anderen drei Datensätze enthielten gesunde Probanden (N = 91). Um die Grundwahrheit für die OB-Segmentierung und die Volumenmessung zu erhalten, wurden die Datensätze von zwei erfahrenen wissenschaftlichen Mitarbeitern unabhängig voneinander nach einem einheitlichen Protokoll manuell segmentiert. Verglichen mit dem gesamten Gehirn nimmt der OB ein sehr kleines Volumen ein. Jedes Bild hat daher viel mehr Voxel, die dem Hintergrund angehören als solche, die zum OB gehören. Somit sind die Daten sehr unausgewogen, was eine Herausforderung für die automatische Lokalisierung des OB darstellt. Um dieses Problem zu lösen, haben wir zunächst die manuellen Segmentierungen mit dem Template des Montreal Neurological Institute (MNI) registriert und den Massenschwerpunkt (Center of Gravity, COG) ermittelt. Im Preprocessing übertragen wir die COG-Koordinaten aus dem MNI-Raum in den individuellen Raum der jeweiligen MR-Aufnahme und konstruieren eine Bounding Box um den OB. Anschließend selektieren wir den in der Bounding Box enthaltenen Bildanteil, in welchem dann der OB durch das 3D-U-Net-Modell segmentiert wird. Bei dem Modell handelt es sich um ein neuronales Netz, welches für die 3D-Bildsegmentierung entwickelt wurde und sich im Bereich der medizinischen Bildverarbeitung bewährt hat. Der Algorithmus gibt anschließend die binären Segmentierungsmasken und eine Datei mit den Volumina für den linken und rechten OB heraus. Im Rahmen der Studie an MCI-Patienten wurden 37 Patienten randomisiert in Verum- und Placebo-Gruppe eingeteilt. Das Riechtraining wurde zweimal täglich über einen Zeitraum von vier Monaten durchgeführt. Olfaktorische und kognitive Testungen sowie MRT-Bildgebung wurden zu Anfang und Ende der viermonatigen Studie durchgeführt. Ergebnisse : Zum Trainieren des neuronalen Netzes haben wir den Datensatz in einen Trainings- (60%; N = 191), einen Validierungs- (20%; N = 64) und einen Testdatensatz (20%; N = 64) aufgeteilt. Auf zuvor ungesehenen Daten (d. h. auf dem Testdatensatz) wurde ein mittlerer Dice-Koeffizient (DC) von 0,77 ± 0,05 erreicht, was dem zwischen den beiden manuellen Segmentierungen ermittelten DC von 0,79 ± 0,08 für dieselbe Kohorte sehr nahe kommt. Darüber hinaus wurden die von unserem Algorithmus erzeugten Segmentierungen von einem unabhängigen verblindeten Bewerter manuell auf einer standardisierten Skala evaluiert und erreichten eine vergleichbare Punktzahl von 5,95 ± 0,87 im Vergleich zu einer Bewertungszahl von 6,23 ± 0,87 für die erste und 5,92 ± 0,81 für die zweite Segmentierung. Diese Evaluierungsergebnisse zeigen, dass unser Algorithmus mit drei bis vier Minuten pro Probanden eine schnelle und zuverlässige automatische Segmentierung des OB ermöglicht, die der Genauigkeit der derzeitigen Goldstandard-Methode entspricht. In der Studie mit MCI-Patienten wurde nach Durchführung des viermonatigen Riechtrainings eine Zunahme der Riechfähigkeit sowie der kortikalen Schichtdicke des Hippocampus beidseits beobachtet. Sowohl in der Verum-Gruppe als auch in der Placebo-Gruppe konnte keine signifikante Zunahme des OB-Volumens festgestellt werden. Diskussion: Der von uns vorgeschlagene Algorithmus kann sowohl bei gesunden Probanden als auch bei Patienten mit diagnostizierten Riechstörungen eingesetzt werden und ist daher von hoher klinischer Relevanz. Er ermöglicht die schnelle Verarbeitung großer Datensätze und die Durchführung vergleichender Studien zur Entwicklung des OB-Volumens im Laufe der Zeit, da er zuverlässigere Ergebnisse liefert als die manuellen Annotationsmethoden. In der Studie an MCI-Patienten war das Riechtraining mit einer Zunahme der kortikalen Schichtdicke des Hippocampus assoziiert, nicht jedoch mit einer Zunahme des OB- oder Hippocampus-Volumens. Ein Grund hierfür könnte die Tendenz des OB-Volumens sein, in MCI-Patienten abzunehmen. Somit könnte das stabile OB-Volumen nach Riechtraining bereits als positiver Effekt gewertet werden. Andererseits könnte das unveränderte OB-Volumen auch auf die methodisch bedingten manuellen Messfehler zurückgeführt werden. Um das Problem der ungenauen manuellen Messungen zu lösen, haben wir ein auf Python basierendes, sofort einsetzbares Tool entwickelt, das Segmentierungsmasken sowie Messungen des linken und rechten OB-Volumens liefert. Es kann sowohl über eine Befehlszeilenschnittstelle als auch über eine grafische Benutzeroberfläche verwendet werden. Für die Segmentierung des OB werden T1-gewichtete MRT-Aufnahmen des gesamten Gehirns sowie hochaufgelöste T2-gewichtete Aufnahmen der vorderen Schädelbasis verwendet.

Mineralisch getränkte Carbonfasern (MCF) stellen eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Stahlbewehrung in Beton dar. Für eine effiziente industrielle Herstellung von MCF muss eine ausreichende Verarbeitungszeit für die Imprägniersuspension gewährleistet sein. In der vorliegenden Untersuchung wurde zu diesem Zweck ein aus Metakaolin hergestelltes Geopolymer (GP) entwickelt und getestet. Die Tränkung von Carbonfasergarnen wurde kontinuierlich und automatisiert durchgeführt. Anschließend wurden die MCF bei 75 °C wärmebehandelt, um die Reaktionsprozesse zu beschleunigen. Die mechanische Leistung von MCF nahm im Verlauf des Aushärtungsprozesses von 2 auf 8 Stunden allmählich zu, was auf das größere Ausmaß der Geopolymerisation zurückzuführen ist. Bei einer solchen verlängerten Aushärtung zeigten thermogravimetrische und mikroskopische Analysen zwar eine stärkere 'reagierte' Mikrostruktur, aber auch einen höheren Gehalt an Hohlräumen. Nach 8-stündigen Erhitzen erreichten die Zugfestigkeit und der Young-Modul von MCF 2960 MPa bzw. 259 GPa, bezogen auf die Garnquerschnittsfläche.:Abstract Schlagwörter 1. Einleitung 2. Experimentelles Programm 2.1. Materialien 2.2. Herstellung von MCF 2.3. Testen der Geopolymermatrix 2.4. Mechanische Prüfung von MCF 2.5. Morphologische Charakterisierung 3. Ergebnisse und Diskussion 3.1. Charakterisierung der Geopolymermatrix 3.2. Hergestellte MCF mit Geopolymer und Wärmebehandlung bei 75 °C. 3.3. Chemische und morphologische Analyse 4. Schlussfolgerung Erklärung des konkurrierenden Interesses Literaturen / Mineral-impregnated, carbon fiber composites (MCF) are a promising alternative to conventional concrete reinforcements. For the efficient industrial production of MCF, sufficient processing time for the impregnation suspension must be ensured. In the present investigation, a metakaolin-made geopolymer (GP) has been developed and tested for this purpose. The impregnation of carbon-fiber yarns was performed continuously and automated. Subsequently, the MCF were heat-treated at 75 °C to accelerate the reaction processes. The mechanical performance of MCF gradually increased in the advancement of the curing process from 2 to 8 h, which is attributed to the greater extent of geopolymerization. In such extended curing, thermogravimetric and microscopic analysis showed indeed a more “reacted” microstructure but also a higher content of voids. After heating for 8 h, the tensile strength and Young's modulus of MCF reached 2960 MPa and 259 GPa, respectively, when related to the yarn cross-sectional area.:Abstract Schlagwörter 1. Einleitung 2. Experimentelles Programm 2.1. Materialien 2.2. Herstellung von MCF 2.3. Testen der Geopolymermatrix 2.4. Mechanische Prüfung von MCF 2.5. Morphologische Charakterisierung 3. Ergebnisse und Diskussion 3.1. Charakterisierung der Geopolymermatrix 3.2. Hergestellte MCF mit Geopolymer und Wärmebehandlung bei 75 °C. 3.3. Chemische und morphologische Analyse 4. Schlussfolgerung Erklärung des konkurrierenden Interesses Literaturen

The underlying research that resulted in this doctoral dissertation was performed at the Division of Economic Geology and Petrology of the Department of Mineralogy, TU Bergakademie Freiberg between 2011 and 2014. It was the primary aim of this thesis to develop and test novel applications for the technology of ‘Automated Mineralogy’ in the field of economic geology and geometallurgy. A “Mineral Liberation Analyser” (MLA) instrument of FEI Company was used to conduct most analytical studies. This automated system is an image analysis system based on scanning electron microscopy (SEM) image acquisition and energy dispersive X-ray spectrometry which can be used to determine both quantitative mineralogical data and mineral processing-relevant parameters. The analyses can be conducted with unconsolidated and solid rocks but also with ores and products of the mineral processing and recycling industry. In consequence of a first-time broadly-based and comprehensive literature review of more than 1,700 publications related to all types of automated SEM-based image analysis systems several trends in the publication chronicle were observed. Publications related to mineral processing lead the field of automated mineralogy-related publications. However, this is with a somewhat smaller proportion than expected and with a significant decrease in share between around 2000 and 2014. The latter is caused by a gradual but continuous introduction of new areas of application for automated mineralogical analysis such as the petroleum industry, petrology or environmental sciences. Furthermore, the quantity of automated mineralogy systems over time was carefully assessed. It is shown that the market developed from many individual developments in the 1970s and 1980s, often conducted from research institutes, e.g., CSIRO and JKMRC, or universities, to a duopoly - Intellection Pty Ltd and JKTech MLA - in the 1990s and 2000s and finally to a monopoly by FEI Company since 2009. However, the number of FEI’s competitors, such as Zeiss, TESCAN, Oxford Instruments, and Robertson CGG, and their competing systems are increasing since 2011. Particular focus of this study, published in three research articles in peer-reviewed international journals, was the development of suitable methodological approaches to deploy MLA to new materials and in new contexts. Data generated are then compared with data obtained by established analytical techniques to enable critical assessment and validation of the methods developed. These include both quantitative mineralogical analysis as well as methods of particle characterisation. The first scientific paper “Use of Mineral Liberation Analysis (MLA) in the Characterization of Lithium-Bearing Micas” deals with the field of mineral processing and describes the characterisation of lithium-bearing zinnwaldite mica - as potential natural resource for lithium - by MLA as well as the achievement of mineralogical association data for zinnwaldite and associated minerals. Two different approaches were studied to comminute the samples for this work, conventional comminution by crusher as well as high-voltage pulse selective fragmentation. By this study it is shown that the MLA can provide mineral data of high quality from silicate mineral resources and results very comparable to established analytical methods. Furthermore, MLA yields additional relevant information - such as particle and grain sizes as well as liberation and grade-recovery data. This combination of quantitative data cannot be attained with any other single analytical method. The second article “Characterisation of graphite by automated mineral liberation analysis” is also located in the field of mineral processing. This research article is the first published contribution on the characterisation of graphite, an important industrial mineral, by MLA respectively an automated mineralogy-related analytical method. During this study graphite feeds and concentrates were analysed. By this study it is shown that it is possible to gather statistically relevant data of graphite samples by MLA. Furthermore, the MLA results are validated by quantitative X-ray powder diffraction as well as particle size determinations by laser diffraction and sieve analysis. The third research paper “Nature and distribution of PGE mineralisation in gabbroic rocks of the Lusatian Block, Saxony, Germany” deals with the scientific field of geoscience. In this study it is shown that it is possible to obtain a significant body of novel mineralogical information by applying MLA analysis in a region previously regarded as being well-studied. The complex nature and relatively large distribution of the occurring platinum group minerals (PGM) is well illustrated by this contribution. During previous light microscopic studies and infrequent electron microprobe measurements only a handful isolated PGM grains were identified and characterised. In this investigation, using the samples of previous studies, 7 groups of PGM and 6 groups of associated tellurides as well as in total more than 1,300 mineral grains of both mineral groups were identified. Based on the data obtained, important insight regarding mineral associations, mineral paragenesis and the potential genesis of the PGM is obtained. Within this context, the value of MLA studies for petrological research focused on trace minerals is documented. MLA yields results that are both comprehensive and unbiased, thus permitting novel insight into the distribution and characteristics of trace minerals. This, in turn, is immensely useful when developing new concepts on the genesis of trace minerals, but may also give rise to the development of a novel generation of exploration tools, i.e., mineralogical vectors towards exploration akin to currently used geochemical vectors. The present dissertation shows that automated mineralogy by using a Mineral Liberation Analyser is able to deliver a unique combination of quantitative data on mineralogy and several physical attributes that are relevant for ore geology and mineral processing alike. It is in particular the automation and unbiasedness of data, as well as the availability of textural data, size and shape information for particles and mineral grains, as well as mineral association and mineral liberation data that define major advantages of MLA analyses - compared to other analytical methods. Despite the fact that results are obtained only on 2-D polished surfaces, quantitative results obtained compare well/very well to results obtained by other analytical methods. This is attributed mainly due to the fact that a very large and statistically sound number of mineral grains/particles are analysed. Similar advantages are documented when using the MLA as an efficient tool to search for and characterise trace minerals of petrological or economic significance. / Die Forschung die der vorliegenden kumulativen Dissertation (‚Publikationsdissertation‘) zugrunde liegt wurde im Zeitraum 2011-2014 am Lehrstuhl für Lagerstättenlehre und Petrologie des Institutes für Mineralogie der TU Bergakademie Freiberg durchgeführt. Das primäre Ziel dieser Arbeit war es neue Einsatzmöglichkeiten für die Technik der Automatisierten Mineralogie im Gebiet der Lagerstättenkunde und Geometallurgie zu entwickeln und zu testen. Im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Studien stand die analytische Nutzung des Großgerätes „Mineral Liberation Analyser“ (MLA) der Firma FEI Company. Dieses automatisierte System ist ein Bildanalysesystem und basiert auf der Erfassung von Rasterelektronenmikroskopiebildern und energiedispersiver Röntgen-spektroskopie. Mit Hilfe der MLA-Analysetechnik lassen sich sowohl statistisch gesichert quantitative mineralogisch relevante als auch Aufbereitungsprozess-relevante Parameter ermitteln. Die Analysen können sowohl an Locker- und Festgesteinen als auch an Erzen und Produkten der Aufbereitungs- und Recyclingindustrie durchgeführt werden. Infolge einer erstmaligen, breit angelegten und umfassenden Literaturrecherche von mehr als 1.700 Publikationen im Zusammenhang mit allen Arten von automatisierten REM-basierten Bildanalysesystemen konnten verschiedene Trends in der Publikations¬historie beobachtet werden. Publikationen mit Bezug auf die Aufbereitung mineralischer Rohstoffe führen das Gebiet der Automatisierte Mineralogie-bezogenen Publikationen an. Der Anteil der Aufbereitungs-bezogenen Publikationen an der Gesamtheit der relevanten Publikationen ist jedoch geringer als erwartet und zeigt eine signifikante Abnahme des prozentualen Anteils zwischen den Jahren 2000 und 2014. Letzteres wird durch eine kontinuierliche Einführung neuer Anwendungsbereiche für die automatisierte mineralogische Analyse, wie zum Beispiel in der Öl- und Gasindustrie, der Petrologie sowie den Umweltwissenschaften verursacht. Weiterhin wurde die Anzahl der Systeme der Automatisierten Mineralogie über die Zeit sorgfältig bewertet. Es wird gezeigt, dass sich der Markt von vielen einzelnen Entwicklungen in den 1970er und 1980er Jahren, die oft von Forschungsinstituten, wie z. B. CSIRO und JKMRC, oder Universitäten ausgeführt wurden, zu einem Duopol - Intellection Pty Ltd und JKTech MLA - in den 1990er und 2000er Jahren und schließlich seit 2009 zu einem Monopol der FEI Company entwickelte. Allerdings steigt die Anzahl der FEI-Konkurrenten, wie Zeiss, TESCAN, Oxford Instruments und Robertson CGG, und deren Konkurrenzsysteme seit 2011. Ein Schwerpunkt der drei von Experten begutachteten und in internationalen Fachzeitschriften publizierten Artikel dieser Studie war die Entwicklung eines geeigneten methodischen Ansatzes um die MLA-Technik für neue Materialien und in neuem Kontext zu verwenden. Die erzeugten Daten wurden mit Daten die von etablierten analytischen Techniken gewonnen wurden verglichen, um eine kritische Bewertung und Validierung der entwickelten Methoden zu ermöglichen. Dazu gehören sowohl quantitative mineralogische Analysen als auch Methoden der Partikelcharakterisierung. Der Schwerpunkt der Studie zum ersten Fachartikel „Use of Mineral Liberation Analysis (MLA) in the Characterization of Lithium-Bearing Micas“ liegt im Gebiet der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe. Er beschreibt die Charakterisierung von Zinnwaldit-Glimmer - einem potentiellen Lithium-Rohstoff - durch die MLA-Technik sowie das Erringen von Mineralverwachsungsdaten für Zinnwaldit und assoziierter Minerale. Dabei wurden zwei unterschiedliche Wege der Probenzerkleinerung des Rohstoffes untersucht. Zum einen erfolgte eine konventionelle Zerkleinerung der Proben mittels Brecher und Mühle, zum anderen eine selektive Zerkleinerung durch Hoch¬spannungsimpulse. Es konnte aufgezeigt werden, dass die automatisierte Rasterelektronen¬mikroskopie-basierte Bildanalyse mittels MLA von silikatischen Rohstoffen Mineral¬informationen von hoher Güte zur Verfügung stellen kann und die Ergebnisse gut vergleichbar mit etablierten analytischen Methoden sind. Zusätzlich liefert die MLA weitere wertvolle Informationen wie zum Beispiel Partikel-/Mineralkorngrößen, Aussagen zum Mineralfreisetzungsgrad sowie Gehalt-Ausbring-Kurven des Wertstoffes. Diese Kombination von quantitativen Daten kann mit keiner anderen analytischen Einzelmethode erreicht werden. Der zweite Fachartikel „Characterisation of graphite by automated mineral liberation analysis“ ist ebenfalls im Fachgebiet der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe angesiedelt. Während dieser Studie wurden Edukte und Produkte der Aufbereitung von Graphit-Erzen untersucht. Der vorliegende Artikel ist der erste in einer internationalen Fachzeitschrift publizierte Beitrag zur Charakterisierung des Industrieminerals Graphit mittels MLA-Technik bzw. einer Analysenmethode der Automatisierten Mineralogie. Mit der Studie konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, auch mit der MLA statistisch relevante Daten von Graphitproben zu erfassen. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse der MLA-Analysen durch quantitative Röntgenpulverdiffraktometrie sowie Partikelgrößen-bestimmungen durch Laserbeugung und Siebanalyse validiert. Der dritte Fachartikel „Nature and distribution of PGE mineralisation in gabbroic rocks of the Lusatian Block, Saxony, Germany“ ist im Gegensatz zu den ersten beiden Artikeln im Gebiet der Geowissenschaften angesiedelt. In dieser Studie wird gezeigt, dass es möglich ist mittels MLA-Analyse eine signifikante Anzahl neuer Daten von einem eigentlich schon gut untersuchten Arbeitsgebiet zu gewinnen. So konnte erst mit der MLA die komplexe Natur und relativ große Verbreitung der auftretenden Platingruppenelement-führenden Minerale (PGM) geklärt werden. Während früherer lichtmikroskopischer Analysen und einzelner Elektronenstrahlmikrosonden-Messungen konnten nur eine Handvoll weniger, isolierter PGM-Körner nachgewiesen und halbquantitativ charakterisiert werden. In der vorliegenden Studie konnten nun, an den von früheren Studien übernommenen Proben, 7 PGM-Gruppen und 6 assoziierte Telluridmineral-Gruppen mit insgesamt mehr als 1.300 Mineralkörnern beider Mineralgruppen nachgewiesen werden. Auf der Grundlage der gewonnenen Daten wurden wichtige Erkenntnisse in Bezug auf Mineralassoziationen, Mineralparagenese und zur möglichen Genese der PGM erreicht. In diesem Zusammenhang wurde der Wert der MLA-Studien für petrologische Forschung mit dem Fokus auf Spurenminerale dokumentiert. Die MLA liefert Ergebnisse, die sowohl umfassend und unvoreingenommen sind, wodurch neue Einblicke in die Verteilung und Charakteristika der Spurenminerale erlaubt werden. Dies wiederum ist ungemein nützlich für die Entwicklung neuer Konzepte zur Genese von Spurenmineralen, kann aber auch zur Entwicklung einer neuen Generation von Explorationswerkzeugen führen, wie zum Beispiel mineralogische Vektoren zur Rohstofferkundung ähnlich wie derzeit verwendete geochemische Vektoren. Mit der vorliegenden Dissertationsschrift wird aufgezeigt, dass Automatisierte Mineralogie mittels Mineral Liberation Analyser eine einzigartige Kombination an quantitativen Daten zur Mineralogie und verschiedene physikalische Attribute, relevant sowohl für die Lagerstättenforschung als auch für die Aufbereitung mineralischer Rohstoffe, liefern kann. Im Vergleich zu anderen etablierten analytischen Methoden sind es insbesondere die Automatisierung und Unvoreingenommenheit der Daten sowie die Verfügbarkeit von Gefügedaten, Größen- und Forminformationen für Partikel und Mineralkörner, Daten zu Mineralassoziationen und Mineralfreisetzungen welche die großen Vorteile der MLA-Analysen definieren. Trotz der Tatsache, dass die Ergebnisse nur von polierten 2-D Oberflächen erhalten werden, lassen sich die quantitativen Ergebnisse gut/sehr gut mit Ergebnissen anderer Analysemethoden vergleichen. Dies kann vor allem der Tatsache zugeschrieben werden, dass eine sehr große und statistisch solide Anzahl von Mineralkörnern/Partikeln analysiert wird. Ähnliche Vorteile sind bei der Verwendung der MLA als effizientes Werkzeug für die Suche und Charakterisierung von Spurenmineralen von petrologischer oder wirtschaftlicher Bedeutung dokumentiert.

Documentation is an essential activity in software development, for source code as well as modelling artefacts. Typically, documentation is created and maintained manually which leads to inconsistencies as documented artefacts like source code or models evolve during development. Existing approaches like literate/elucidative programming or literate modelling address these problems by deriving documentation from software development artefacts or vice versa. However, these approaches restrict themselves to a certain kind of artefact and to a certain phase of the software development life-cycle. In this paper, we propose elucidative development as a generalisation of these approaches supporting heterogeneous kinds of artefacts as well as the analysis, design and implementation phases of the software development life-cycle. Elucidative development allows for linking source code and model artefacts into documentation and thus, maintains and updates their presentation semi-automatically. We present DEFT as an integrated development environment for elucidative development. We show, how DEFT can be applied to language specifications like the UML specification and help to avoid inconsistencies caused by maintenance and evolution of such a specification.

Motormanagement Systeme im modernen Kraftfahrzeug werden zunehmend umfangreicher und komplexer. Die Steuergeräte als zentrale Komponente dieser Systeme werden in ihrer Funktionalität durch Hard- und Software bestimmt. Sie sind das Ergebnis eines langen Entwicklungs- und Fertigungsprozesses. Fahrversuche und Versuche am Motorenprüfstand zum Test von Steuergeräten sind sehr zeit- und kostenintensiv. Eine Alternative ist der Test von Steuergeräten außerhalb ihrer realen Umgebung. Das Steuergerät wird dabei auf einem Hardware-in-the-Loop-Prüfstand betrieben. Die große Zahl von Einzelfunktionen und miteinander verknüpften Funktionen des Steuergerätes erfordert einen strukturierten und reproduzierbaren Ablauf beim Test. Diese Tests sind aber erst nach Fertigstellung eines Motorprototypen möglich, da die Parameter der vorhandenen Modelle aus den gemessenen Prüfstandsdaten ermittelt werden. Eine weitere Fragestellung zu diesem Thema bezieht sich auf die Modelltiefe: Heutige Modelle basieren auf Daten, die über einem Arbeitsspiel gemittelt werden. Untersuchungen wie z.B. der Momentanbeschleunigung von Kurbelwellen sind somit nicht möglich. Aus diesem Grund untersucht diese Arbeit Strategien im Hinblick auf den modellbasierten Test von Motormanagement Systemen. Dabei wird das Potenzial zur Zeiteinsparung bei einem neuen Motormodell großer Tiefe betrachtet.

The 8 Lectures were part of the 27th annual conference of the German Classification Society held March 12-14th 2003 at the University of Cottbus, Germany. In the branch "Subject indexing und librarian science" the main topic read controlling and costs. Main speaker was Dr. Klaus Ceynowa, Göttingen, who introduced his listeners to controlling procedures at subject indexing in libraries. The key-question was "Can we afford the costs for classification and/or verbal indexing any longer"? The ensuing lectures concentrated on various aspects of Dr. Ceynowa's issue such as cutting costs, rising efficiency within the indexing procedures, widening the indexed fields in the online catalogs, increasing the automated (computer aided) contributions to the indexing processes.. / Die 8 Vorträge waren Teil der 27. Tagung der Jahrestagung der Gesellschaft für Klassifikation an der Universität Cottbus, 11-14. März 2003. Im bibliothekarischen Zweig "Sacherschließung und Bibliothekswissenschaft" ging es diesmal um Inhaltserschließung und Controlling. Das Leitreferat hielt Dr. Klaus Ceynowa, Göttingen, der die Zuhörer in das bibliothekarische Controlling insbesondere bei der Bestandserschließung einführte. Die Kernfrage lautete: " Können wir uns die Sacherschließung noch leisten ?" Die nachfolgenden Referate konzentrierten sich auf Kostenreduzierung, Effizienzerhöhung bei den Erschließungsprozeduren, Erweiterung der inhaltserschlossenen Anteile in den OPAC-Angeboten sowie Erhöhung der automatisierten Anteile bei der Erschließungsarbeit.

Ob für das Erkennen von Innenbereichspotenzialen oder das Monitoring von Siedlungsentwicklungen, es werden flächendeckende, computerverarbeitbare und vergleichbare Abgrenzungen des Innenbereiches benötigt. Explizite Abgrenzungen des Innenbereiches erfolgen entweder über Bebauungspläne (§§ 8 bis 10 BauGB) oder Satzungen (§ 34 BauGB). Diese sind aber weder flächendeckend, noch frei verfügbar oder digital vorhanden. Mit der Einführung des ATKIS® Basis-DLM ist eine flächendeckende, computerverarbeitbare und vergleichbare Siedlungsabgrenzung gegeben. Diese Siedlungsflächen in Form von Baublöcken und Ortslagen sind jedoch nur eine Näherung. Es wurde daher erstmals untersucht, ob auf Grundlage von Geobasisdaten Innenbereichsabgrenzungen automatisiert zu erzeugen. In einem ersten Schritt wurden Vorgaben und Grenzwerte aus der aktuellen Gesetzgebung und Rechtsprechung ermittelt. Auf diesen beruhte die anschließende Konstruktion des Abgrenzungsalgorithmus. Mithilfe einer Referenzinnenbereichsabgrenzung aus der Region Hannover und einem eigens entwickelten Verfahren ist die Bewertung von Abgrenzungen möglich. Neben der Ortslage und einer „verbesserten“ Ortslage wurden fünf Varianten der mit dem Werkzeug „Delineate Built-Up Areas“ erzeugten Siedlungsabgrenzungen auf Ihre Eignung als Innenbereichsabgrenzung untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass mit Hilfe des entwickelten Verfahrens und geeigneter Trainingsdaten eine deutlich bessere Abgrenzung des Innenbereiches generiert werden kann als jene, die mit der Ortslage bisher zur Verfügung steht. Da lediglich Gebäudegrundrisse, wie Hausumringe oder extrahierte Gebäudegrundrisse aus topografischen Karten als Eingangsdaten notwendig sind, können auf diese Weise in Zukunft Innenentwicklungsflächen flächendeckend und in gleichbleibender Qualität - und das auch retrospektiv - abgegrenzt werden. Der Raumforschung steht damit eine lang geforderte Datengrundlage zur Verfügung.:Zusammenfassung v Abkürzungsverzeichnis ix Abbildungsverzeichnis xv Tabellenverzeichnis xvii 1 Einleitung 1 1.1 Problemdefinition 2 1.2 Forschungsfragen 2 1.3 Lösungsansatz und Struktur der Masterarbeit 3 2 Rechtliche Grundlagen für eine Innenbereichsabgrenzung 7 2.1 Das geltende Recht und wichtige Begriffsdefinitionen 7 2.1.1 Vorhaben 7 2.1.2 Ortsteil 8 2.1.3 Bebauungszusammenhang 9 2.1.4 Innenbereichssatzungen 10 2.1.5 Verhältnis zu Bebauungsplänen . 12 2.2 Eigenschaften des Innenbereichs in der Rechtsprechung 13 2.2.1 Objektauswahl . 13 2.2.2 Mindestanzahl Gebäude für einen Ortsteil 13 2.2.3 Größe von Baulücken und Freiflächen 14 2.2.4 Grenzziehung zum Außenbereich . 14 3 Kartographische Grundlagen für eine Siedlungsabgrenzung 17 3.1 Definitionen relevanter Begriffe 17 3.1.1 Gebäude 17 3.1.2 Siedlung 17 3.1.3 Geobasisdaten 18 3.1.4 Geoobjekt 18 3.2 Kartographische Modellbildung . 19 3.3 Digitale Modelle in der Kartographie 20 3.4 Generalisierung 21 3.4.1 Arten der Generalisierung 21 3.4.2 Entwicklung automatisierter Generalisierungsverfahren 23 3.5 Datenqualität 27 3.6 Ausschnitt bisheriger Arbeiten zur GIS-gestützten Abgrenzung von Siedlungen 28 4 Methodik 31 4.1 Ziel und Anforderungen der Modellentwicklung 31 4.1.1 Ziel der Modellentwicklung 31 4.1.2 Anforderungen an das Verfahren 32 4.1.3 Anforderungen an Eingangsdaten und mögliche Datenquellen 33 4.2 Eingangsdaten und Untersuchungsgebiet 38 4.2.1 Untersuchungsgebiet 38 4.2.2 Eingangsdaten 39 4.2.3 Referenzdaten 39 4.3 Parametrisierung des Modells 40 4.3.1 Ableitung der Parameter aus der Rechtsprechung 40 4.3.2 Übertragung der Parameter in das Modell 41 4.4 Ableitung eines methodischen Designs 41 4.4.1 Datenaufbereitung 43 4.4.2 Merkmalberechnung und Selektion 46 4.4.3 Datenvorverarbeitung 49 4.4.4 Datenverarbeitung49 4.4.5 Datennachbearbeitung 51 4.4.6 Modellselektion 51 4.5 Abgrenzungsqualität 52 4.5.1 Robustheit von Methoden zur Bestimmung der Ähnlichkeit 54 4.5.2 Die Symmetric-Difference (SD) Methode 57 4.5.3 Die Buffer-Overlay-Statistics (BOS) Methode 58 4.5.4 Berechnung der Abgrenzungsqualität 59 4.6 Untersuchungsansätze 60 4.6.1 Verwenden von vorhandenen Daten 60 4.6.2 Erzeugung von Siedlungsabgrenzungen mit dem Basismodell 62 4.6.3 Verbessern der Abgrenzungsergebnisse durch Modellerweiterungen 63 4.7 Eingesetzte Software 64 5 Ergebnisse und Diskussion 65 5.1 Qualitative Beurteilung der Abgrenzungsergebnisse 65 5.2 Ergebnisse der Modellselektion 67 5.3 Ergebnisse des Single-Feature-Validierung 71 5.4 Prüfung auf Signifikanz und Bestimmung des besten Modells 76 5.5 Fehlerdiskussion 77 5.5.1 Systembedingte Fehler 77 5.5.2 Dateninduzierte Fehler 80 6 Schlussfolgerungen und Ausblick 83 6.1 Beantwortung der Forschungsfragen 83 6.2 Praktische Bedeutung 86 6.2.1 Unterstützung für rechtskräftige Innenbereichsabgrenzungen 86 6.2.2 Grundlage zur Innenentwicklungspotenzialanalyse. 86 6.2.3 Grundlage für die Bilanzierung von Innen- zu Außenentwicklung 87 6.3 Ausblick . 87 Literaturverzeichnis 99 Anhang 99 A Skript 101 A.1 Python-Toolbox 101 A.2 Klasse ibtool . 102 A.2.1 Funktion urban 102 A.2.2 Funktion idx 103 A.2.3 Funktion buff 103 A.2.4 Funktion deli 104 A.2.5 Funktion loch 105 A.2.6 Funktion siedgr 106 A.2.7 Funktion muster_qual 107 A.2.8 Funktion qual 107 A.2.9 Funktion stat 108 A.2.10 Funktion split 109 A.3 Klasse Ansatz0 110 A.4 Klasse AnsatzX 111 A.5 Klasse QualSingle 112 A.6 Klasse Grenzen 113 A.7 Klasse Partitionen 114 B Quellcode des ibTool 117 C Ermittlung der Grenzwerte für den Shape- und Roeck-Index 149 D Ermittlung des Grenzwertes für den Urbanitätsindex 153 E Abgrenzungsbeispiele 155 F Siedlungspartitionierung 157 G Anwendung des ibTools ohne Training 161