Empty answers are a major problem by processing pattern matching queries in graph databases. Especially, there can be multiple reasons why a query failed. To support users in such situations, differential queries can be used that deliver missing parts of a graph query. Multiple heuristics are proposed for differential queries, which reduce the search space. Although they are successful in increasing the performance, they can discard query subgraphs relevant to a user. To address this issue, the authors extend the concept of differential queries and introduce top-k differential queries that calculate the ranking based on users’ preferences and significantly support the users’ understanding of query database management systems. A user assigns relevance weights to elements of a graph query that steer the search and are used for the ranking. In this paper the authors propose different strategies for selection of relevance weights and their propagation. As a result, the search is modelled along the most relevant paths. The authors evaluate their solution and both strategies on the DBpedia data graph.

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen sehr elementaren chemische Reaktionen in der Gasphase: Elektron-Transfer Prozesse oder die Uebertragung eines einzelnen Protons. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Untersuchung der Reaktions-Dynamik, die sich in der Energie- und Winkelverteilung der Produkte aeussert. Neben einer schon vorhandenen Guided-Ion-Beam Apparatur, in der ein durch elektrische Hochfrequenzfelder gefuehrter Ionenstrahl mit dem Neutralgas in einer Streukammer wechselwirkt, wurde fuer die Untersuchungen eine neu aufgebaute Apparatur TITAP (Transverse Ion Trap APparatus) verwendet, in der unter Verwendung eines 22Pol Ionen-Speichers ein Streuexperiment zwischen einem Molekularstrahl von Neutralteilchen und einem stationaeren Ionentarget realisiert wird. Die Aussagen der Experimente in beiden Apparaturen ergaenzen sich dabei. Als Beispiel fuer einen Protonen bzw. Deuteronenaustausch wurden fuer die sehr fundamentale Reaktion H- + D2 -> D- + HD und ihre isotopische Variante D- + H2 -> H- + HD integrale und differentielle Querschnitte bestimmt. In guter Uebereinstimmung mit Ergebnissen einer Kreuzstrahlapparatur zeigt die Reaktion eine ausgepraegte Vorwaertsstreuung bei kleinen Stossenergien. Fuer den Elektron-Transfer konnten sowohl in einfachen dreiatomigen Systemen (Ar+ + N2, Ar+ + D2) wie auch in Reaktionen von Edelgas-Ionen mit Kohlenwasserstoffen (Ethan, Propan) Translationsexoergizitaeten bei kleinen Stossenergien (<= 1eV) bestimmt werden. Im Fall der Kohlenwasserstoffe zeigt sich bei Variation der Stossenergie im Bereich 100meV bis 5 eV nur eine geringe Aenderung der Verzweigungsverhaeltnisse fuer die entstehenden unterschiedlichen Fragmente. Die Empfindlichkeit der Speichertechnik fuer sehr langsam ablaufende Prozesse wurde am Beispiel der Feinstruktur-Relaxation von Argon-Ionen in Stoessen mit Helium bei tiefen Temperaturen gezeigt. Die neue Apparatur hat aber noch grosse Vorzuege fuer weitere geplante Projekte, wie die Untersuchung von Reaktionen mit Radikalen (Wasserstoff-, Stickstoff-, Kohlenstoffatomen) oder Elektron-Ion Rekombination.

Bei der Auslegung und Überprüfung der Betriebsweise von Fernwärmesystemen (FWS) ist eine Analyse der gesamten Prozesskette eines FWS – Erzeugung, Verteilung und Übergabe – notwendig, um eine bestmögliche Gestaltung derselben zu erreichen. Einen Ansatz zur Optimierung der Betriebsweise bietet die Modifikation des Fernwärmetemperaturniveaus, dem in der Fernwärmebranche bezüglich der Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems eine große Bedeutung beigemessen wird. Allgemeingültige Aussagen zur Höhe dieses Einflusses lassen sich aufgrund der unterschiedlich gestalteten FWS, insbesondere für Teillastbedingungen, nicht treffen. Die vorliegende Arbeit behandelt den Einfluss des Fernwärmetemperaturniveaus auf die Effizienz thermodynamischer Prozesse in Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK-Anlagen) mit Dampfturbinen sowie auf den Transportaufwand des Fernwärmewassers. Zu diesem Zweck werden die Grundlagen und der Stand des Wissens sowie wesentliche Zusammenhänge zwischen den Optimierungsstrategien und dem Fernwärmetemperaturniveau formuliert. Zur Ermittlung des elektrischen Eigenbedarfs für den Transport des Fernwärmewassers wird eine hydraulische Untersuchung vorgestellt und anhand unterschiedlicher Wärmenetzstrukturen diskutiert. Für die weitere Analyse von KWK-Anlagen mit Dampfturbinen werden methodische Hinweise und Grundlagen zur Modellierung ausgearbeitet, die anschließend auf real existierende typische KWK-Anlagen angewendet werden. Dies sind eine Gegendruckanlage, ein Kombikraftwerk und eine Entnahme-Kondensations-Anlage. Zur Modellüberprüfung werden Mess- und Simulationswerte von ausgewählten Lastgängen sowie für den gesamten Lastbereich gegenübergestellt. Zur Bewertung der Energieeffizienz von FWS unter Berücksichtigung des Fernwärmetemperaturniveaus werden zwei Methoden abgeleitet. Eine differentielle, auf den Lastpunkt bezogene Bewertung mittels temperaturabhängiger Kraftwerkskennlinien und eine integrative Bewertung, bei der unterschiedliche Betriebsweisen über einen definierten Zeitraum einbezogen werden. An ausführlichen Beispielen werden deren Anwendung und Eignung sowie der Einfluss des Fernwärmetemperaturniveaus diskutiert. Abschließend wird die Wirtschaftlichkeit von 3 ausgewählten Maßnahmen durch Anwendung der integrativen Bewertung vorgestellt. / In order to achieve the best possible end-to-end design of a district heating system, any dimensioning and examining of operating regimes of district heating systems requires an analysis of the entire process chain ranging from generation via distribution to heat delivery. One of the options to optimise an operating regime is to modify the district heating temperature level, a parameter to which great importance is attached in the district heating industry with a view to the economics of the overall system. The differences in the design of district heating systems do not allow issuing any universally valid statements on how strong this influence is, especially for conditions of part load. The present paper looks into the influence of the district heating temperature level on the efficiency of thermodynamic processes in combined heat and power (CHP) plants using steam turbines, and on the expenditure of district heating water transport. For this purpose, it states the fundamentals and current level of knowledge, as well as important connections between the optimisation strategies used and the district heating temperature level. In view of calculating the auxiliary power required to transport district heating water, a hydraulic analysis will be presented and discussed, with several different structures of district heating systems being used for illustration. For a more advanced analysis of CHP plants using steam turbines, methodological information and modelling basics will be described and then applied to typical CHP plants existing in reality. These are a backpressure plant, a combined-cycle gas turbine plant and an extraction condensing plant. To validate the model, measured and simulated data of selected load cycles as well as the entire load range will be compared. Two methods of assessing the energy efficiency of district heating systems in consideration of the district heating temperature level will be derived: a differential assessment related to the duty point and using temperature-dependent power plant characteristic curves, and an integrative assessment where several different operating regimes are included over a pre-defined period of time. Detailed examples will be discussed to illustrate the application and suitability of these assessments as well as the influence of the district heating temperature level. Finally, the economics of selected steps applying the integrative assessment will be highlighted.

Die Arbeit ist der regelungstheoretischen Betrachtung von mechanischen Systemen mit mehr Freiheitsgraden als Stellgrößen gewidmet. Dabei werden Aspekte aus den Teilgebieten Modellbildung, Systemanalyse, Steuerungsentwurf und Reglerentwurf behandelt. Den Ausgangspunkt bilden die aus dem Lagrange-Formalismus resultierenden Bewegungsgleichungen, für welche neben verschiedene partiell linearisierten Zustandsdarstellungen auch eine spezielle Byrnes-Isidori-Normalform eingeführt wird. Im Unterschied zu einer früher vorgeschlagenen ähnliche Normalform existiert diese "Lagrange-Byrnes-Isidori-Normalform" immer. Weiterhin wird die bedeutende Eigenschaft der differentiellen Flachheit im Zusammenhang mit mechanischen Systemen untersucht. Die bestehende Lücke zwischen den bekannten notwendigen und hinreichenden Flachheitsbedingungen bildet die Motivation zur Anpassung der Regelflächenbedingung auf mechanische Systeme in Lagrange-Byrnes-Isidori-Normalform. Parallel dazu wird die Flachheitsanalyse auf Basis des sogenannten Variationssystems betrachtet. Dabei handelt es sich um ein System von 1-Formen, die durch Anwendung der äußeren Ableitung auf die impliziten Systemgleichungen entstehen. Äquivalent dazu können auch die in einer rechteckigen Polynommatrix bezüglich des Zeitableitungsoperators zusammengefassten Koeffizienten der Basisformen untersucht werden. Die Flachheit eines Systems ist nun gerade äquivalent zur Existenz einer unimodularen Vervollständigung dieser Matrix, welche zudem noch eine bestimmte Integrabilitätsbedingung erfüllen muss. Durch Anwendung des Satzes von Frobenius können aus diesen in der bisherigen Formulierung nur schwer überprüfbaren Bedingungen deutlich einfachere hergeleitet werden. Für den Eingrößenfall ergibt sich dadurch eine erheblich Verringerung des Rechenaufwandes im Vergleich zum Referenzansatz. Im Mehrgrößenfall ist die Situation komplizierter: Durch das Fallenlassen der Unimodularitätsforderung und die Ausnutzung der speziellen Struktur mechanischer Systeme erhält man eine neue notwendige Bedingung für Flachheit, welche sich in endlich vielen Schritten auswerten lässt. Allerdings konnte mit dieser die vermutete Nichtflachheit für die untersuchten mechanischen Beispielsysteme nicht nachgewiesen werden. Einen weiteren Untersuchungsgegenstand bildet das Konzept der Konfigurationsflachheit. Für diese Eigenschaft ist gefordert, dass ein flacher Ausgang existieren muss, der nur von den Konfigurationskoordinaten abhängt. Basierend auf theoretischen Überlungen und dem Fehlen von Gegenbeispielen wird die Hypothese aufgestellt, dass für konservative mechanische Systeme Flachheit und Konfigurationsflachheit äquivalent sind. Für lineare mechanische Systeme kann diese Hypothese mit Hilfe der Kronecker-Normalform von Matrizenscharen verifiziert werden. Bezüglich des Entwurfs von Solltrajektorien werden neben der Darstellung bekannter Verfahren für lineare und für flache Systeme zwei weitere Ansätze genauer diskutiert. Der erste basiert auf der numerischen Lösung des aus dem Steuerungsentwurf resultierenden Randwertproblems. Dazu wird ein angepasstes Kollokationsverfahren konstruiert, welches die Elimination von Systemgrößen durch die explizite Berücksichtigung von Integratorketten ermöglicht, die bei partiell linearisierten Systemen stets auftreten. Unter bestimmten Bedingungen bewirkt dies eine erhebliche Reduktion der Rechenzeit. Der zweite Ansatz betrachtet die Überführung zwischen zwei Ruhelagen und beruht auf der Zeitumkehrsymmetrie, die alle konservativen mechanischen Systeme aufweisen. Er besteht aus mehreren Schritten: Zunächst wird für beide Ruhelagen eine Rückführung mit möglichst großem Attraktivitätsgebiet entworfen. Danach wird das System simulativ ausgehend von der Zielruhelage in der Startruhelage stabilisiert. Die so erhaltene Eingangstrajektorie kann dann bezüglich der Zeit invertiert werden, um das System aus der Startruhelage in die Nähe der Zielruhelage zu überführen, wo schließlich der entsprechende Regler aktiviert wird. In praktischen Realisierungen von unteraktuierten Regelungssystemen treten auf Grund von Effekten wie trockener Reibung und Getriebespiel oft Dauerschwingungen mit schwer vorhersagbaren und beeinflussbaren Parametern auf. Als Alternative zur klassischen Stabilisierung einer (theoretischen) Ruhelage wird deshalb eine Rückführung hergeleitet, welche für ein gegebenes lineares System einen stabilen Grenzzyklus mit vorgebbarer Frequenz und Amplitude asymptotisch stabilisiert.

In der vorliegenden Arbeit werden die optischen Eigenschaften von dünnen PTCDA und TiOPc Schichten untersucht. Dies wurde mit der Kombination der Methoden der Molekularstrahlepitaxie (OMBE), der differentiellen Reflexionsspektroskopie (DRS) und Photolumineszenzmessungen möglich. Dabei steht der Übergang vom Einzelmolekül zum molekularen Festkörper im Mittelpunkt. Der realisierte optische Aufbau ermöglicht es, die optischen Eigenschaften von molekularen Sub- und Multilagen während der Schichtabscheidung im Ultrahochvakuum (UHV) zu bestimmen. Eine Strukturuntersuchung kann so unmittelbar darauf im UHV durchgeführt werden, ohne Umordnungsprozesse durch einen Probe-Luft-Kontakt zu riskieren. In dieser Arbeit wurden PTCDA-Schichten auf Muskovit-Glimmer(0001) und auf Au(100) untersucht. Auf Glimmer wird sehr gut ausgeprägtes Lagenwachstum gefunden, die Moleküle bilden auf dem schwach wechselwirkenden Substrat hochgeordnete epitaktische Filme. Dies ermöglichte für PTCDA, als quasi-eindimensionaler Molekülkristall, die optische Charakterisierung von Monomeren, Stapel-Dimeren und -Oligomeren während des Filmwachstums mittels DRS und Photolumineszenzmessungen. Die DRS-Messungen zeigen, daß die bekannten Festkörpereigenschaften schon bei Schichtdicken in der Größenordnung von 3-4 Gitterkonstanten ausgeprägt sind. Bis zu diesen Dicken sind die wesentlichen Änderungen in den optischen Eigenschaften zu beobachten. Ausgehend von Monomer-typischen Spektren entwickeln sich in dieser Dickenskale bereits alle Charakteristika der Festkörperspektren, wobei der Monomer-Dimerübergang die gravierendsten spektralen Änderungen hervorruft. Diese überraschende Tatsache war von den gängigen Theorien so nicht zu erwarten und ist Beleg für eine starke Wechselwirkung zwischen den dicht gepackten Molekülen. Steigen die Dimensionen des Films weiter, gibt es nur noch marginale Änderungen, die sich hauptsächlich in spektralen Verschiebungen äußern. Diese &amp;quot;finite-size&amp;quot; Effekte sind mit gängigen Theorien der Delokalisation der molekularen Anregung verträglich. Die Größe der Verschiebungen deutet jedoch darauf hin, daß gestalt- und dickenabhängige dielektrische Effekte gegenüber Delokalisierung und Confinement von Excitonen dominieren. Die veränderte Substratwechselwirkung auf der Au(100)-Oberfläche zeigt sich sowohl in verändertem Filmwachstum als auch abweichenden optischen Eigenschaften. Es wurde beobachtet, daß sich die Einflüsse durch die Substratbindung auf der Längenskala von nur einer Gitterkonstanten auswirken. Die PTCDA-Lagen, die auf dieser hybridisierten Grenzschichtlage wachsen, haben bereits die vom ungestörten System bekannten Eigenschaften. Da auf der Goldoberfläche mit zunehmender Schichtdicke das Inselwachstum (Stranski-Krastanov-Wachstum) überwiegt, verwischen die schichtabhängigen spektralen Änderungen zusehends. Für TiOPc auf Glimmer(0001) wurde bei Raumtemperatur amorphes Wachstum beobachtet, mit weniger gravierenden spektralen Änderungen. Jedoch sind auch in diesem System große dickenabhängige Verschiebungen in den Spektren festzustellen, die wie im Fall von PTCDA-Schichten hauptsächlich dielektrischen Effekten zugerechnet werden können. In TiOPc/PTCDA-Heteroschichten auf Glimmer konnte der Energietransfer vom PTCDA zum TiOPc auf molekularer Ebene, durch Löschung der PTCDA-Lumineszenz und anschließender sensibilisierter Emission des TiOPc, nachgewiesen werden. Dabei wurde bei sehr kleinen TiOPc-Schichtdicken die Emission von TiOPc-Monomeren beobachtet. Zusätzlich wurde eine dem Anion TiOPc- zuzurechnende Emission, als Indiz einer Ladungstrennung auf molekularer Ebene festgestellt. Bei größeren TiOPc-Schichtdicken tritt Exciplexemission auf, als Beleg für die starke Molekül-Molekül-Wechselwirkung an der Grenzfläche. Bei dickeren Schichten wird mit zunehmender Aggregation der TiOPc-Moleküle, die Lumineszenzausbeute durch Öffnung einer Reihe von nichtstrahlenden Rekombinationsmöglichkeiten, wie auch bei PTCDA beobachtet, geringer.

Die Arbeit beschäftigt sich mit dem systemtheoretischen Konzept der Flachheit: einer Eigenschaft dynamischer Systeme mit großer Bedeutung beim Bewältigen typischer nichtlinearer Regelungs- und Steuerungsprobleme, welche für Systeme verschiedener mathematischer Klassen definiert werden kann. Obwohl sich zahlreiche praktische Beispiele als flach herausgestellt haben und flachheitsbasierte Methoden erfolgreich angewendet werden konnten, ist der Nachweis der Existenz bzw. Nichtexistenz sogenannter flacher Ausgänge ein nach wie vor offenes Problem. Diese als theoretisch ideale Sensorpositionen interpretierbaren rein virtuellen Größen erlauben (vereinfacht ausgedrückt) eine freie Parametrisierung aller Systemgrößen, woraus eine besonders einfache Systemdarstellung möglich wird. Die Planung von Steuerung und Regelung in dieser Darstellung kann dann mit den wohlvertrauten linearen Methoden durchgeführt werden. Darüber hinaus existiert in der Forschungsliteratur das duale Konzept der flachen Eingänge, welches sich aus der im Entwurfsprozess technischer Systeme aufkommenden Frage nach geeigneten Stelleingriffen motivieren lässt. Die Arbeit widmet sich im ersten Teil einer algebraischen Perspektive auf die Flachheitsanalyse, welche eine vereinheitlichte Untersuchung von nichtlinearen zeitkontinuierlichen und zeitdiskreten Systemen ermöglicht. Hierfür wird das Konzept der verallgemeinerten Jacobi-Matrix betrachtet, welche den Matrizen über dem Ring der nichtkommutativen Ore-Polynome entstammt. Der zugehörige mathematische Formalismus wird in den für die Arbeit wichtigsten Zügen untersucht. Aufbauend auf diesem Formalismus wird argumentiert, dass ein verbreiteter Zugang aus der Literatur zur Bestimmung flacher Ausgänge im Kern auf eine dynamische Fassung des Satzes von der Umkehrabbildung zurückgeführt werden kann. Aus dieser Perspektive resultiert, dass die zu prüfende Bedingung nicht als notwendig eingestuft werden kann, womit einige in der Literatur formulierte Ergebnisse zur Diskussion gestellt werden. Ein Beispiel untermauert dies. Dass aus diesem Zugang jedoch keine freie Parametrisierbarkeit der Systemgrößen und damit Flachheit folgen muss, zeigt ein weiteres Beispiel, womit die zu prüfende Bedingung auch nicht hinreichend ist. Da die letztere Problematik nur in seltenen Fällen auftritt, wird unter dem Ausschluss dieser der verallgemeinerte Satz von der Umkehrabbildung dennoch als eine nützliche Grundlage für die Flachheitsanalyse angesehen. Hierfür wird die verallgemeinerte Jacobi-Matrix eines impliziten Systems derart unimodular vervollständigt, dass im Anschluss eine Integrabilitätsbedingung erfüllt ist. Durch Integration entsprechender 1-Formen erhält man schließlich einen flachen Ausgang. In der Arbeit wird ein verallgemeinerter Algorithmus zur Berechnung einer unimodularen Vervollständigung vorgestellt, der neben den zeitdiskreten und zeitkontinuierlichen Zustandssystemen auch für die Analyse von Deskriptorsystemen genutzt werden kann. Der algebraische Ansatz wird außerdem auf die Berechnung flacher Eingänge übertragen, bei der einerseits die Integrabilitätsbedingung aus strukturellen Gründen immer erfüllt ist, andererseits jedoch eine zusätzliche Unimodularitätsbedingung gelten muss. Diese ist den Untersuchungen des Autors nach jedoch nur in seltenen Spezialfällen nicht erfüllt. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich der Anwendung flacher Eingänge, die im Vergleich zu flachen Ausgängen in der Literatur bisher nur wenig Aufmerksamkeit erhalten haben. Zum einen wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem der Reglerentwurf für nichtlineare nichtbeobachtbare nichtflache zeitkontinuierliche Zustandssysteme gelingen kann. Das den flachen Eingängen nahestehende Konzept der fiktiven Eingänge wird dabei mit einer Regelungsstrategie auf Basis flacher Eingänge in geeigneter Weise miteinander kombiniert. Zur Realisierung des Reglers wird ein dynamischer Kompensator benötigt, der im Allgemeinen jedoch nur zeitlich diskretisiert angegeben werden kann. Ein Beispiel illustriert dieses Vorgehen. Zum anderen wird der Frage nachgegangen, welche Rolle flache Eingänge im Beobachterentwurf spielen, was aus Dualitätsgründen vermutet werden kann. Für zeitkontinuierliche Zustandssysteme wird zunächst der zeitkontinuierliche Normalformbeobachter herangezogen, dessen Anwendbarkeit bekanntermaßen als restriktiv einzustufen ist. Für nichtintegrierbare Systeme, d.h. Systeme für die ein solcher Beobachter nicht existiert, wird ein Verfahren vorgestellt, bei welchem dem System mit Hilfe eines dynamischen Kompensators die Dynamik eines integrierbaren Systems mit flachem Eingang aufgeprägt wird. Für dieses kann anschließend ein Normalformbeobachter konstruiert werden. Aus den geschätzen Größen des integrierbaren Systems wird mit Hilfe einer Zustandstransformation schließlich eine Rekonstruktion des Zustands des ursprünglichen Systems erreicht. Dieses prinzipielle Vorgehen wird auf die Klasse der zeitdiskreten Zustandssysteme und auf die der zeitkontinuierlichen Systeme mit abgetasteten Messgrößen übertragen. Auch diese Methode wird durch Beispiele veranschaulicht.

Individuelle Unterschiede in der kognitiven Entwicklung von Kindern korrelieren mit ihrem sozioökonomischen Status (engl. socioeconomic status, SES). Allerdings hat die bisherige Forschung längsschnittliche Dynamiken meist ignoriert. Des Weiteren sind die Mechanismen, die zu SES–bedingten Diskrepanzen in der kognitiven Entwicklung führen, weitgehend unbekannt. Gemäß einer Hypothese ist es die Dysregulation der Sekretion des Stresshormons Cortisol die SES Unterschiede vermittelt, da niedriger SES robust mit höherem chronischen Stress assoziiert. Die vorliegende Dissertation weist im Längsschnitt nach, dass Veränderungen im Familieneinkommen die kognitive Entwicklung von armen Kindern im späteren Kindesalter vorhersagen (Studie I). Bemerkenswerterweise wirkt kindliche Kognition auch auf Veränderungen im elterlichen Einkommen, was auf bisher vernachlässigte bidirektionale Familiendynamiken hinweist. Zudem liefert die Dissertation querschnittliche empirische Evidenz für die Hypothese, dass ein stressbezogener Mechanismus in SES–bedingten Unterschieden kognitiver Entwicklung involviert ist. Höherer Stress und ein geringeres Einkommen waren beide mit Anzeichen des Hypocortisolismus in Kindern charakterisiert (Studie II und III). Außerdem gab es Hinweise, dass kognitive Kontrolle vor den Effekten von Stress schützen könnte (Studie II). Schließlich zeigt die Dissertation erstmalig, dass hyporeaktive Cortisolprofile in Reaktion auf akuten Stress in ärmeren Kindern mit deren niedrigerer Gedächtnisleistung assoziiert ist (Studie III). Beachtenswert ist, dass Ergebnisse dieser Dissertation nicht auf Umwelt oder genetisch vermittelte Kausalität schließen lassen. In zukünftigen Interventionsstudien sollte weiter untersucht werden, ob Interventionen die Einkommensgewinne stärken, Stress reduzieren oder die Reaktion von Kindern auf akuten Stress verbessern, kognitive Unterschiede im Zusammenhang mit SES verringern. / Individual differences in cognitive development in childhood vary along gradients of socioeconomic status (SES). Yet, research has largely ignored longitudinal dynamics, despite evidence that SES, especially income, also changes over time. Furthermore, fairly little is known about the mechanisms by which SES explains cognitive disparities. Lower SES environments are marked by high chronic stress exposure, which has led to the hypothesis that dysregulation of the stress response system resulting in altered cortisol secretion mediates disparities in cognition. This dissertation provides longitudinal evidence for the notion that family income gains and losses predict poor children’s cognitive development throughout later childhood (Paper I). Remarkably, children’s cognition also predicts their parents’ earning ability, indicating previously neglected bidirectional family dynamics. Moreover, this dissertation provides cross–sectional evidence for a stress mechanism involved in SES disparities of cognitive functioning. Both higher stress and lower income are associated with patterns of hypocortisolism in middle childhood (Paper II & III). Further, cognitive control skills may buffer against the embedding of stress exposure in diurnal cortisol secretion (Paper II). Lastly, cortisol hyporeactivity to stress found in low–income children is uniquely associated with their lower memory performance. Notably, this dissertation does not warrant environmentally– or genetically–mediated assumptions of causality. Future intervention studies should continue to explore whether facilitating family income gains, reducing stress exposure, normalizing cortisol secretion, or improving children’s stress coping by training cognitive control alleviates SES–related disparities in cognition.

In den humanen Leukozyten-Antigenen (HLA) wird die wichtigste genetische Ursache von rheumatoider Arthritis gesehen. Es wurden bisher mehrere Mechanismen beschrieben, wie diese HLA-Moleküle die Entstehung und den Verlauf der Erkrankung beeinflussen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die differentielle Expression von HLA-DRB-Genen in unterschiedlichen Antigen-präsentierenden Zellen als möglicher Mechanismus untersucht. Dabei wurden strukturelle Unterschiede zwischen den Promotoren des krankheitsassoziierten HLA-DR4-Haplotyps und den neutralen Haplotypen DR7 und DR9 eingehender betrachtet. Allen drei Haplotypen ist gemein, daß sie das DRB4-Gen als zweites funktionelles DRB-Gen tragen, wobei das DRB4-Gen entweder den DRB4A oder den -B-Promotor besitzt. Um den Einfluß einzelner Promotorelemente auf die mit dem Luziferase-Assay bestimmten Transkriptionsaktivitäten näher zu untersuchen, wurde mit Hilfe der surface plasmon resonance die Bindung der Transkriptionsfaktoren aus den Zellkernlysaten von der humanen Monozytenzellinie THP-1 und von der humanen B-Lymphom-Zellinie BJAB an die unterschiedlichen S-, X-, Y-, CCAAT- und TATA-Boxen analysiert. Es konnte gezeigt werden, daß die unterschiedliche Expression von DRB4A und DRB4B durch die ubiquitäre TATA-Box vermittelt wird. Dagegen wurde die INF-gamma-Stimulation der HLA-DR-Expression von THP-1- aber auch von BJAB-Zellen durch die für die HLA-DR-Promotoren spezifische X-Box vermittelt. Bei der Analyse von DR4-, DR7- und DR9-positiven Patienten einer bereits gut charakterisierten RA-Kohorte stellte sich heraus, daß der DRB4B-Promotor, welcher im Vergleich zu DRB4A eine höhere transkriptionelle Aktivität besitzt, mit einem schweren Krankheitsverlauf assoziiert ist, so daß eine erhöhte HLA-DR-Expression den Krankheitsverlauf negativ zu beeinflussen scheint. / Disease associated human leukocyte antigen (HLA) genes have been identified in humans where they are assumed to promote the susceptibility and/or progression of rheumatoid arthritis. Several mechanisms have been described how these HLA haplotypes impact on the disease. Among them the differential expression of HLA-DRB molecules in different types of antigen-presenting cells, which was investigated here in detail. The promoters of the disease associated HLA-DR4 to the neutral DR7 and DR9 haplotypes were analyzed for sequence polymorphisms resulting in functional differences. All three haplotypes carry as a second functional DRB gene the DRB4 gene, which is regulated by the DRB4A or -B promoter. To determine the impact of the promoter elements on the transcriptional activities measured by luciferase assay the surface plasmon resonance technology was employed. To this end, nuclear extracts from the monocytic cell line THP-1 and from the B lymphoma cell line BJAB were used to analyze their binding to the various S-, X-, Y-, CCAAT-, and TATA boxes. It could be demonstrated that the differential expression of DRB4A and -B was regulated via the ubiquitous TATA box. By contrast, the INF-gamma stimulation of HLA expression in THP-1 and BJAB was mediated via the unique X box. Analyzing the DR4, DR7 and DR9 positive patients of an RA cohort, the DRB4B promoter, which has a higher transcriptional activity than the DRB4A promoter, is associated with radiographic progression of RA. This data is thus indicative of an impact of elevated HLA-DR expression on the progression of the disease.

Ein Grundeinkommen, ohne Bedingungen, für ein Jahr. Ein Einkommen, welches in seiner Höhe die Existenz sichert und Teilhabe ermöglicht. Während aller „ups and downs“ des Lebens, aller Freudensprünge und Schicksalsschläge. Während des Alltags und des Urlaubs, während Krankheit und Pandemie. Unabhängig von Geschlecht, Alter, Bildung, Herkunft oder tätigkeitsbezogenen Einkommen. Wenig ist bekannt über die Wirkungsweise eines solchen Grundeinkommens, da nur wenige wissenschaftliche Studien existieren. Ziel der Dissertation ist es, die Verläufe mentaler Gesundheit zu untersuchen und ausgewählte Determinanten aus der Arbeitsmotivationsforschung sowie auf Ebene der interindividuellen Unterschiede zu identifizieren. Der empirische Teil der Dissertation besteht aus zwei Studien. Die erste befasst sich mit den Einflüssen von der Qualität der Arbeitsmotivation und von der Bedürfnisbefriedigung bei der Arbeit auf die Verläufe mentaler Gesundheit. In der Studie wurden Berufstätige während eines Jahres mit monatlichem Grundeinkommen untersucht (N = 357). Die Analyse wurde mit Strukturgleichungsmodellen durchgeführt und zeigte, dass die mentale Gesundheit während des Grundeinkommens stieg. Als zentraler Prädiktor für das Wachstum konnte die selbstbestimmte, autonome Arbeitsmotivation herausgestellt werden. Geringe Ausprägungen der autonomen Arbeitsmotivation waren assoziiert mit Wachstum in mentaler Gesundheit, was auf einen kompensatorischen Effekt des Grundeinkommens deutet. Die zweite Studie (N = 573) untersuchte den Einfluss von interindividuellen Unterschieden auf die Verläufe der mentalen Gesundheit. Es konnten Persönlichkeitseigenschaften und persönliche Werte identifiziert werden, welche die Verläufe der mentalen Gesundheit vorhersagten. Die Dissertation diskutiert die Implikationen für die mentale Gesundheit, für das jeweilige Forschungsfeld, führt die Ergebnisse zusammen und gibt einen Ausblick für die Praxis und die weitere Forschung mit Grundeinkommen. / A universal basic income, without conditions, for one year. An income that secures the subsistence and enables participation in society. Through all the ups and downs of life, all the leaps of joy and blows of fate. During everyday life and vacations, during illness and pandemics. Regardless of gender, age, education, heritage or activity-related income. Little is known about the effects of such a basic income, as only a few scientific studies exist. The aim of the dissertation is to investigate the trajectories of mental health and to identify selected determinants from work motivation research and at the level of interindividual differences. The empirical part of the dissertation consists of two studies. The first deals with the influences of the quality of work motivation and the satisfaction of needs at work on the trajectories of mental health. In the study, working people were examined during one year with a monthly basic income (N = 357). The analysis was carried out using structural equation modeling and showed that mental health increased during the basic income. Self-determined, autonomous work motivation was identified as a key predictor of growth. Low levels of autonomous work motivation were associated with growth in mental health, indicating a compensatory effect of the basic income. The second study (N = 573) examined the influence of interindividual differences on the trajectories of mental health. Personality traits and personal values were identified that predicted mental health trajectories. The dissertation discusses the implications for mental health, for the respective research field, summarizes the results and provides an outlook for practice and further research with basic income.

Der weltraumgestützte Gravitationswellendetektor LISA (Laser Interferometer Space Antenna) besteht aus drei identischen Satelliten an Bord derer sich jeweils zwei frei schwebende Testmassen befinden. Die Lage der einzelnen Testmassen in Bezug auf die zugehörige optische Bank muss mit einer Genauigkeit besser 1 pm/sqrt(Hz) in der Abstands- und besser 10 nrad/sqrt(Hz) in der Winkelmessung erfolgen. In der vorliegenden Arbeit wird ein kompaktes optisches Auslesesystem präsentiert, welches als Prototyp für diese Abstands- und Winkelmetrologie dient. Das dafür entwickelte polarisierende Heterodyn-Interferometer mit räumlich getrennten Frequenzen basiert auf einem hoch-symmetrischen Design, bei dem zur optimalen Gleichtakt-Unterdrückung Mess- und Referenzarm die gleiche Polarisation und Frequenz sowie annähernd gleiche optische Pfade haben. Für die Winkelmessung wird die Methode der differentiellen Wellenfrontmessung eingesetzt. In einem ersten Prototyp-Aufbau wird ein Rauschniveau von weniger als 100 pm/sqrt(Hz) in der Translations- und von weniger als 100 nrad/sqrt(Hz) in der Winkelmessung (beides für Frequenzen oberhalb 0.1 Hz) demonstriert. In einem zweiten Prototyp-Aufbau werden zusätzlich eine Intensitätsstabilisierung und ein Phasenlock der beiden Frequenzen implementiert. Die analoge Phasenmessung ist durch eine digitale, FPGA basierte, ersetzt. Mit diesem Aufbau wird ein Rauschen kleiner 5 pm/sqrt(Hz) in der Translationsmessung und kleiner 10 nrad/sqrt(Hz) in der Winkelmessung, beides für Frequenzen größer 0.01 Hz, erreicht. Eine Rausch-Analyse wurde durchgeführt und die Nichtlinearitäten des Interferometers bestimmt. Das Interferometer wurde im Hinblick auf die LISA Mission entwickelt, findet seine Anwendung aber auch bei der Charakterisierung der dimensionalen Stabilität von ultra-stabilen Materialien sowie in der optischen Profilometrie. Die Adaptierung des Interferometers dazu sowie erste Resultate zu beiden Anwendungen werden in dieser Arbeit präsentiert. / The space-based gravitational wave detector LISA (Laser Interferometer Space Antenna) consists of three identical satellites. Each satellite accommodates two free-flying proof masses whose distance and tilt with respect to its corresponding optical bench must be measured with at least 1 pm/sqrt(Hz) sensitivity in translation and at least 10 nrad/sqrt(Hz) sensitivity in tilt measurement. In this thesis, a compact optical readout system is presented, which serves as a prototype for the LISA proof mass attitude metrology. We developed a polarizing heterodyne interferometer with spatially separated frequencies. For optimum common mode rejection, it is based on a highly symmetric design, where measurement and reference beam have the same frequency and polarization, and similar optical pathlengths. The method of differential wavefront sensing (DWS) is utilized for the tilt measurement. In a first prototype setup noise levels below 100 pm/sqrt(Hz) in translation and below 100 nrad/sqrt(Hz) in tilt measurement (both for frequencies above 0.1 Hz) are achieved. A second prototype was developed with additional intensity stabilization and phaselock of the two heterodyne frequencies. The analog phase measurement is replaced by a digital one, based on a Field Programmable Gate Array (FPGA). With this setup, noise levels below 5 pm/sqrt(Hz) in translation measurement and below 10 nrad/sqrt(Hz) in tilt measurement, both for frequencies above 0.01Hz, are demonstrated. A noise analysis was carried out and the nonlinearities of the interferometer were measured. The interferometer was developed for the LISA mission, but it also finds its application in characterizing the dimensional stability of ultra-stable materials such as carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) and in optical profilometry. The adaptation of the interferometer and first results in both applications are presented in this work.