Über die Ätiologie und Epidemiologie der Erkrankungen des Respirationstraktes im Frühneolithikum Mitteleuropas gibt es bislang keine umfassenden Studien. Die Häufigkeit, mögliche Geschlechts- und Altersunterschiede, Populationsunterschiede und Erkenntnisse über mögliche Ursachen und auslösende Faktoren der Atemwegserkrankungen zur Zeit der Bandkeramik sind von besonderem Interesse. Zudem soll aufgezeigt werden wie wichtig es ist, alle Strukturen zu untersuchen, die den „knöchernen Respirationstrakt“ repräsentieren. Von den ersten Ackerbauern und Viehzüchtern aus Wandersleben (Thüringen, Kreis Gotha) lagen insgesamt 112 erwachsene Individuen zur Untersuchung vor. Rippen und Schädel wurden mit paläopathologischen Methoden untersucht. Diese waren neben einer makroskopischen Begutachtung der Knochen, röntgenologische, endoskopische, lupenmikroskopische, lichtmikroskopische und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen, um eine verlässliche Diagnosestellung zu gewährleisten. 100 % (n = 71/71) der befundbaren Individuen zeigten Spuren chronischer Erkrankungen im Bereich der knöchernen Strukturen, die die oberen Atemwege umgeben. Bei 76,8% (n = 53/69) der Individuen mit befundbaren Rippen konnten Spuren von chronischen Erkrankungen aufgezeigt werden. Signifikante Geschlechts- oder Altersunterschiede bestehen insgesamt nicht. Bei der linearbandkeramischen Population aus Wandersleben ist davon auszugehen, dass es sich in vielen Fällen um Chronifizierungen von Erkältungskrankheiten und um die Folgen einer vergleichbar schlechten Luftqualität hauptsächlich im Haus handelt. Dazu haben die damaligen Lebensumstände, vor allem aber die sesshafte Lebensweise und Wirtschaftszweige mit Ackerbau und Viehzucht, maßgeblich beigetragen.

Über die Ätiologie und Epidemiologie der Erkrankungen des Respirationstraktes im Frühneolithikum Mitteleuropas gibt es bislang keine umfassenden Studien. Die Häufigkeit, mögliche Geschlechts- und Altersunterschiede, Populationsunterschiede und Erkenntnisse über mögliche Ursachen und auslösende Faktoren der Atemwegserkrankungen zur Zeit der Bandkeramik sind von besonderem Interesse. Zudem soll aufgezeigt werden wie wichtig es ist, alle Strukturen zu untersuchen, die den „knöchernen Respirationstrakt“ repräsentieren. Von den ersten Ackerbauern und Viehzüchtern aus Wandersleben (Thüringen, Kreis Gotha) lagen insgesamt 112 erwachsene Individuen zur Untersuchung vor. Rippen und Schädel wurden mit paläopathologischen Methoden untersucht. Diese waren neben einer makroskopischen Begutachtung der Knochen, röntgenologische, endoskopische, lupenmikroskopische, lichtmikroskopische und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen, um eine verlässliche Diagnosestellung zu gewährleisten. 100 % (n = 71/71) der befundbaren Individuen zeigten Spuren chronischer Erkrankungen im Bereich der knöchernen Strukturen, die die oberen Atemwege umgeben. Bei 76,8% (n = 53/69) der Individuen mit befundbaren Rippen konnten Spuren von chronischen Erkrankungen aufgezeigt werden. Signifikante Geschlechts- oder Altersunterschiede bestehen insgesamt nicht. Bei der linearbandkeramischen Population aus Wandersleben ist davon auszugehen, dass es sich in vielen Fällen um Chronifizierungen von Erkältungskrankheiten und um die Folgen einer vergleichbar schlechten Luftqualität hauptsächlich im Haus handelt. Dazu haben die damaligen Lebensumstände, vor allem aber die sesshafte Lebensweise und Wirtschaftszweige mit Ackerbau und Viehzucht, maßgeblich beigetragen.:1 Einleitung ............................................................................................................................ 1 2 Material ............................................................................................................................... 3 3 Methoden ........................................................................................................................... 18 3.1 Vorarbeiten.............................................................................................................................18 3.2 Alters- und Geschlechtsbestimmung......................................................................................18 3.3 Paläopathologische Untersuchungsmethoden ........................................................................19 3.3.1 Dokumentation der erhaltenen Funde und der Befunde .................................................19 3.3.2 Makroskopische und lupenmikroskopische Untersuchung ............................................19 3.3.3 Röntgenologische Untersuchung ....................................................................................19 3.3.4 Endoskopische Untersuchung ........................................................................................19 3.3.5 Fotografie .......................................................................................................................20 3.3.6 Herstellung von Ab- und Ausgüssen ..............................................................................20 3.3.7 Rasterelektronenmikroskopische Untersuchung ............................................................20 3.3.8 Lichtmikroskopische Untersuchung ...............................................................................21 3.4 Statistik...................................................................................................................................21 3.5 Auswertung ............................................................................................................................22 4 Ergebnisse und Befunde .................................................................................................... 24 4.1 Alters- und Geschlechtsverteilung .........................................................................................24 4.1.1 Altersverteilung und Sterblichkeit ..................................................................................24 4.1.1.1 Altersverteilung der erwachsenen Individuen mit erhaltenen Schädeln ....................28 4.1.1.2 Altersverteilung der erwachsenen Individuen mit erhaltenen Rippen........................32 4.1.1.3 Altersverteilung der erwachsenen Individuen mit erhaltenen Schädeln und Rippen. 36 4.1.2 Geschlechtsverteilung ....................................................................................................41 4.1.2.1 Geschlechtsverteilung der erwachsenen Individuen mit erhaltenen Schädeln ...........47 4.1.2.2 Geschlechtsverteilung der erwachsenen Individuen mit erhaltenen Rippen ..............49 4.1.2.3 Geschlechtsverteilung der erwachsenen Individuen mit erhaltenen Schädeln und Rippen.........................................................................................................................50 4.2 Knöcherne Schädelstrukturen ................................................................................................54 4.2.1 Begrenzung der Apertura piriformis ..............................................................................54 4.2.1.1 Anatomische Grundlagen...........................................................................................54 4.2.1.2 Veränderte Aperturae piriformes................................................................................55 4.2.1.3 Individuen mit veränderten Aperturae piriformes.....................................................66 4.2.1.4 Zur Klinik der Begrenzung der Apertura piriformis ..................................................72 4.2.1.5 Ausgewählte Fallbeispiele..........................................................................................72 4.2.1.6 Zusammenstellung der morphologischen Veränderungen an der Aperturae piriformes..... ...............................................................................................................74 4.2.2 Nasenhöhle .....................................................................................................................78 4.2.2.1 Anatomische Grundlagen........................................................................................................ 78 4.2.2.2 Veränderte Nasenhöhlen ............................................................................................80 4.2.2.3 Individuen mit veränderten Nasenhöhlen ...................................................................90 4.2.2.4 Zur Klinik der Nasenhöhle .........................................................................................97 4.2.2.5 Ausgewählte Fallbeispiele..........................................................................................98 4.2.2.6 Zusammenstellung der morphologischen Veränderungen in der Nasenhöhle .........102 4.2.3 Sulcus lacrimalis maxillae............................................................................................106 4.2.3.1 Anatomische Grundlagen.........................................................................................106 4.2.3.2 Veränderte Sulci lacrimales maxillae.......................................................................108 4.2.3.3 Individuen mit veränderten Sulci lacrimales maxillae .............................................118 4.2.3.4 Zur Klinik des Sulcus lacrimalis maxillae ...............................................................125 4.2.3.5 Ausgewählte Fallbeispiele........................................................................................125 4.2.3.6 Zusammenstellung der morphologischen Veränderungen des Sulcus lacrimalis maxillae.....................................................................................................................128 4.2.4 Nasennebenhöhlen .......................................................................................................133 4.2.4.1 Anatomische Grundlagen.........................................................................................133 4.2.4.2 Veränderte Nasennebenhöhlen.................................................................................137 4.2.4.3 Individuen mit veränderten Nasennebenhöhlen .......................................................159 4.2.4.4 Zur Klinik der Nasennebenhöhlen ...........................................................................171 4.2.4.5 Ausgewählte Fallbeispiele........................................................................................174 4.2.4.6 Zusammenstellung der morphologischen Veränderungen in den Nasennebenhöhlen.....................................................................................................186 4.3 Pneumatische Räume des Schläfenbeins..............................................................................202 4.3.1 Mittelohr.......................................................................................................................202 4.3.1.1 Anatomische Grundlagen.........................................................................................202 4.3.1.2 Betroffene Mittelohren.............................................................................................204 4.3.1.3 Individuen mit betroffenen Mittelohren...................................................................214 4.3.1.4 Zur Klinik des Mittelohres .......................................................................................220 4.3.1.5 Ausgewählte Fallbeispiele........................................................................................221 4.3.1.6 Zusammenstellung der morphologischen Veränderungen der Mittelohren .............222 4.3.2 Warzenfortsatz .............................................................................................................225 4.3.2.1 Anatomische Grundlagen.........................................................................................225 4.3.2.2 Betroffene Warzenfortsätze......................................................................................226 4.3.2.3 Individuen mit betroffenen Warzenfortsätzen ..........................................................236 4.3.2.4 Zur Klinik des Warzenfortsatzes..............................................................................243 4.3.2.5 Ausgewählte Fallbeispiele........................................................................................244 4.3.2.6 Zusammenstellung der morphologischen Veränderungen der Warzenfortsätze......248 4.4 Rippen ..................................................................................................................................253 4.4.1 Allgemeine Anatomie des Brustkorbes........................................................................253 4.4.2 Zusammenstellung morphologischer Veränderungen an den Rippen..........................264 4.4.2.1 Impressionen ............................................................................................................265 4.4.2.2 Neubildungen ...........................................................................................................278 4.4.2.3 Differentialdiagnostisch relevante Veränderungen ..................................................314 4.4.2.4 Überblick über die häufigsten Veränderungen an den Rippen.................................339 4.4.2.5 Gruppen von intravitalen Veränderungen an den Rippen ........................................347 4.4.3 Veränderte Rippen........................................................................................................353 4.4.3.1 Krankheitshäufigkeiten der Rippen I bis XII ...........................................................366 4.4.3.2 Durchschnittliche Anzahl kranker Rippen ...............................................................401 4.4.3.3 Am häufigsten erhaltene Brustkorbbereiche ............................................................410 4.4.4 Individuen mit veränderten Rippen..............................................................................413 4.4.4.1 Übersicht über pathologische Veränderungen an den Rippen .................................423 4.5 Knöcherne Strukturen der oberen und unteren Atemwege und knöcherne Strukturen, die mögliche Komplikationen der Erkrankungen der oberen Atemwege anzeigen...................429 5 Diskussion .......................................................................................................................441 5.1 Diskussion der Alters- und Geschlechtsverteilung und der Sterblichkeit ............................441 5.2 Diskussion der Erkrankungen der oberen Atemwege ..........................................................443 5.2.1 Klinische Diskussion der oberen Atemwegserkrankungen der Erwachsenen von Wandersleben ...............................................................................................................443 5.2.1.1 Häufigste Erkrankungen der oberen Atemwege.......................................................446 5.2.1.1.1 Sinusitiden..........................................................................................................447 5.2.1.1.2 Pansinusitis.........................................................................................................454 5.2.1.1.3 Chronische Sinusitiden und Osteome ................................................................456 5.2.1.1.4 Chronische Rhinitiden und Sinusitiden..............................................................458 5.2.1.1.5 Fortleitungen der Rhinitiden auf die vordere knöcherne Nasenöffnung und den knöchernen Tränennasengang.............................................................................463 5.2.1.1.6 Komplikationen der Rhinitis und der Sinusitis (Rhinosinusitis) mit spezieller Betrachtung des Mittelohres und des Warzenfortsatzes .....................................468 5.2.1.1.7 Spezifische Infektionen der oberen Atemwege mit Tuberkulose als Schwerpunkt..........................................................................................................472 5.3 Diskussion der Erkrankungen der unteren Atemwege .........................................................476 5.3.1 Klinische Diskussion der unteren Atemwegserkrankungen der Erwachsenen von Wandersleben ...............................................................................................................476 5.3.1.1 Erkrankungen der unteren Atemwege ......................................................................476 5.3.1.2 Krankhafte Veränderungen an den Rippen der Individuen von Wandersleben .......480 5.4 Zusammenfassende Diskussion der Erkrankungen der oberen und unteren Atemwege ......491 5.4.1 Diskussion der Erkrankungen der oberen und unteren Atemwege ..............................491 5.4.2 Diskussion der Atemwegserkrankungen der Erwachsenen von Wandersleben in Bezug auf die Lebensumstände im Neolithikum ..........................................................495 5.4.2.1 Außenluftfaktoren ....................................................................................................497 5.4.2.1.1 Klima und Wetter ...............................................................................................497 5.4.2.1.2 Allergene............................................................................................................499 5.4.2.1.3 Zoonosen ............................................................................................................503 5.4.2.1.4 Rauch .................................................................................................................505 5.4.2.2 Innenluftfaktoren ......................................................................................................507 5.4.2.2.1 Rauch .................................................................................................................507 5.4.2.2.2 Allergene und Zoonosen ....................................................................................510 5.4.2.2.3 Natürliche Radioaktivität ...................................................................................514 5.4.2.2.4 Ernährungszustand .............................................................................................515 5.4.2.3 Erkrankungen ...........................................................................................................520 5.4.2.4 Nutzung der Zähne als Werkzeug ............................................................................525 5.4.3 Diskussion der Atemwegserkrankungen der Kinder von Wandersleben .....................526 5.4.4 Zusammenfassender Überblick über Atemwegserkrankungen und deren möglichen Entstehungsursachen in Wandersleben .......................................................528 5.4.5 Vergleich der Atemwegserkrankungen der erwachsenen Individuen von Wandersleben mit anderen Populationen......................................................................530 5.4.5.1 Vergleich der unspezifischen Erkrankungen der Atemwege ...................................532 5.4.5.2 Vergleich der spezifischen Erkrankungen der unteren Atemwege ..........................538 5.4.6 Abschließende Zusammenfassung für Wandersleben..................................................540 6 Zusammenfassung........................................................................................................... 542 7 Literaturverzeichnis......................................................................................................... 546 Befundkatalog der untersuchten Cranien und Costae aus der Skeletserie Wandersleben (geordnet nach Fundnummern) Im Katalog angewandte Methoden zur Befunderhebung und Erklärungen zum Katalog ....... I Literatur ................................................................................................................................. X Curriculum Vitae

Am Anfang des Entwicklungsprozesses eines Gussbauteils für die Automobilbranche steht klassischerweise die konstruktive Ausarbeitung und die Auslegung auf Zielgrößen, wie Festigkeit, Steifigkeit bzw. die Erfüllung der Crashlasten. Im nächsten Entwicklungsschritt wird, oftmals in Zusammenarbeit mit externen Lieferanten, das Werkzeugkonzept entwickelt und die Herstellbarkeit mit Hilfe von Gießsimulationen abgesichert. Bei der Fertigung verursachen streuende Prozessgrößen, wie etwa Geschwindigkeits- oder Temperaturniveaus, Schwankungen in der Leistungsfähigkeit des Endprodukts (z. B. lokale Bruchdehnung oder Zugfestigkeit). Maßnahmen zur Erhöhung der Prozessstabilität und zur Reduktion des Verschleißes konzentrieren sich oftmals auf die erfahrungsbasierte Verbesserung des Fertigungsprozesses und Anpassungen des Anguss- und Überlaufsystems. Größere Änderungen der Bauteilgeometrie sind häufig aus zeitlichen Gründen nicht mehr möglich. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, optimierte modularisierte Grundgeometrien, wie Rippen oder Umlenkungen, mit Hilfe von numerischen Formoptimierungen zu entwickeln, um diese schon von Anfang an in der Bauteilentwicklung zu berücksichtigen. Als Zielfunktionen dienen strömungs- und strukturmechanische Kenngrößen, um einerseits verschleißfördernde Mechanismen und füllungsbedingte Defekte zu reduzieren und andererseits die Beanspruchbarkeit zu erhöhen. Bei den Untersuchungen wird zusätzlich die Robustheit des Ergebnisses analysiert, um Verbesserungspotenziale auch bei streuenden Randbedingungen realisieren zu können. / The virtual development process of an automotive casting part usually begins with classical design tasks and analyses of material strength, stiffness and crash load cases. In the next step, often in cooperation with external suppliers, the tooling concept is developed and casting simulations are used to ensure manufacturability. During manufacturing there is a scatter in process parameters, such as flow velocity or temperature levels, which in turn cause a scatter in the performance of the final product (e.g. local elongation at fracture or ultimate tensile strength). Means to increase process stability and yield are often limited to knowledge-based improvements of the manufacturing process parameters and adaptations of the gating and overflow system. Major changes to the part geometry are usually no longer possible due to project time constraints. Therefore it is the goal of this thesis to optimize modularized basic geometries, like ribs or bends, by using numerical shape optimizations and employ them right from the beginning of the part development process. For the objective functions of the optimizations the disciplines of fluid dynamic filling and the resulting structural behaviour are considered. In addition, the resulting shape is analyzed with regards to robustness towards scatter in manufacturing operating conditions. By using these new modularized geometries the overall robustness of the final product is expected to be increased.

Am Anfang des Entwicklungsprozesses eines Gussbauteils für die Automobilbranche steht klassischerweise die konstruktive Ausarbeitung und die Auslegung auf Zielgrößen, wie Festigkeit, Steifigkeit bzw. die Erfüllung der Crashlasten. Im nächsten Entwicklungsschritt wird, oftmals in Zusammenarbeit mit externen Lieferanten, das Werkzeugkonzept entwickelt und die Herstellbarkeit mit Hilfe von Gießsimulationen abgesichert. Bei der Fertigung verursachen streuende Prozessgrößen, wie etwa Geschwindigkeits- oder Temperaturniveaus, Schwankungen in der Leistungsfähigkeit des Endprodukts (z. B. lokale Bruchdehnung oder Zugfestigkeit). Maßnahmen zur Erhöhung der Prozessstabilität und zur Reduktion des Verschleißes konzentrieren sich oftmals auf die erfahrungsbasierte Verbesserung des Fertigungsprozesses und Anpassungen des Anguss- und Überlaufsystems. Größere Änderungen der Bauteilgeometrie sind häufig aus zeitlichen Gründen nicht mehr möglich. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, optimierte modularisierte Grundgeometrien, wie Rippen oder Umlenkungen, mit Hilfe von numerischen Formoptimierungen zu entwickeln, um diese schon von Anfang an in der Bauteilentwicklung zu berücksichtigen. Als Zielfunktionen dienen strömungs- und strukturmechanische Kenngrößen, um einerseits verschleißfördernde Mechanismen und füllungsbedingte Defekte zu reduzieren und andererseits die Beanspruchbarkeit zu erhöhen. Bei den Untersuchungen wird zusätzlich die Robustheit des Ergebnisses analysiert, um Verbesserungspotenziale auch bei streuenden Randbedingungen realisieren zu können.:1 Einleitung 1.1 Motivation und Problemstellung 1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise 1.3 Stand von Wissenschaft und Technik 2 Grundlagen 2.1 Leichtmetallgussbauteile im Automobil 2.2 Geometrische Gestaltung von Gussbauteilen 2.3 Modellierung gießtechnischer Fertigungsverfahren 2.4 Strukturmechanische Modellierung von Gussbauteilen 2.5 Numerische Optimierung 3 Modellaufbau und -analyse 3.1 Geometrische Entwurfsmodelle 3.2 Strömungsmodellbildung zur Abbildung der Fertigungseinflüsse 3.3 Strukturberechnungsmodell unter Berücksichtigung materieller Defekte 4 Optimierung der Umlenkung 4.1 Optimierungsstrategie und -prozesskette 4.2 Zielfunktionen 4.3 Optimierung mit Entwurfsmodell I 4.4 Optimierung mit Entwurfsmodell II 4.5 Diskussion der Ergebnisse 5 Optimierung der Rippe 5.1 Optimierungsstrategie und -prozesskette 5.2 Ziel- und Restriktionsfunktionen 5.3 Multidisziplinäre Optimierung 5.4 Diskussion der Ergebnisse 6 Zusammenfassung 7 Ausblick Anhang Abkürzungs- und Symbolverzeichnis Literatur- und Quellenverzeichnis / The virtual development process of an automotive casting part usually begins with classical design tasks and analyses of material strength, stiffness and crash load cases. In the next step, often in cooperation with external suppliers, the tooling concept is developed and casting simulations are used to ensure manufacturability. During manufacturing there is a scatter in process parameters, such as flow velocity or temperature levels, which in turn cause a scatter in the performance of the final product (e.g. local elongation at fracture or ultimate tensile strength). Means to increase process stability and yield are often limited to knowledge-based improvements of the manufacturing process parameters and adaptations of the gating and overflow system. Major changes to the part geometry are usually no longer possible due to project time constraints. Therefore it is the goal of this thesis to optimize modularized basic geometries, like ribs or bends, by using numerical shape optimizations and employ them right from the beginning of the part development process. For the objective functions of the optimizations the disciplines of fluid dynamic filling and the resulting structural behaviour are considered. In addition, the resulting shape is analyzed with regards to robustness towards scatter in manufacturing operating conditions. By using these new modularized geometries the overall robustness of the final product is expected to be increased.:1 Einleitung 1.1 Motivation und Problemstellung 1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise 1.3 Stand von Wissenschaft und Technik 2 Grundlagen 2.1 Leichtmetallgussbauteile im Automobil 2.2 Geometrische Gestaltung von Gussbauteilen 2.3 Modellierung gießtechnischer Fertigungsverfahren 2.4 Strukturmechanische Modellierung von Gussbauteilen 2.5 Numerische Optimierung 3 Modellaufbau und -analyse 3.1 Geometrische Entwurfsmodelle 3.2 Strömungsmodellbildung zur Abbildung der Fertigungseinflüsse 3.3 Strukturberechnungsmodell unter Berücksichtigung materieller Defekte 4 Optimierung der Umlenkung 4.1 Optimierungsstrategie und -prozesskette 4.2 Zielfunktionen 4.3 Optimierung mit Entwurfsmodell I 4.4 Optimierung mit Entwurfsmodell II 4.5 Diskussion der Ergebnisse 5 Optimierung der Rippe 5.1 Optimierungsstrategie und -prozesskette 5.2 Ziel- und Restriktionsfunktionen 5.3 Multidisziplinäre Optimierung 5.4 Diskussion der Ergebnisse 6 Zusammenfassung 7 Ausblick Anhang Abkürzungs- und Symbolverzeichnis Literatur- und Quellenverzeichnis