Eldorado - Repositorium der TU Dortmund

Ressourcen aus und für Forschung, Lehre und Studium

Bei diesem Service handelt es sich um das Institutionelle Repositorium der Technischen Universität Dortmund. Hier werden Ressourcen aus und für Lehre, Studium und Forschung gespeichert, erschlossen und der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

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Aktuellste Veröffentlichungen

Oriented spanners
(2026) Kalb, Antonia; Buchin, Kevin; Mulzer, Wolfgang
Geometric graphs naturally model numerous real-world infrastructures such as transportation systems, power grids and communication networks. Since fast connectivity is essential in these settings, geometric spanners are sparse graphs that approximately preserve pairwise distances. Although spanners have been studied for decades, directed versions have only been considered more recently. In many applications, however, directionality is not merely optional. Physical constraints, limited resources, or safety regulations often require strictly unidirectional edges. This motivates our study of oriented graphs as geometric spanners. In particular, we address the following problems: - Oriented dilation: Given an oriented graph, we investigate how to compute or approximate its oriented dilation. - Graph orientation: Given an undirected graph, we study algorithms to orient it. - Spanner construction: Given a point set, we explore the construction of oriented spanners that satisfy additional properties such as sparseness or planarity. For each problem, we analyze its computational complexity and provide algorithmic solutions.
Referenzmodell einer Data Pipeline zur kausal-prädiktiven Instandhaltung in der Produktion - am Beispiel eines Automobilpresswerks
(2026) Evirgen, Safa; Henke, Michael; Ansari, Fazel
Die zunehmende Digitalisierung industrieller Produktionssysteme führt zu einer stetig wachsenden Verfügbarkeit von Prozess-, Zustands- und Kontextdaten. Während datengetriebene Verfahren im Bereich des Condition Monitoring und der Predictive Maintenance bereits breit untersucht sind, besteht weiterhin eine konzeptionelle Lücke zwischen der rein prädiktiven Analyse und einer tatsächlich präskriptiven Entscheidungsunterstützung. Insbesondere fehlt ein strukturierender Bezugsrahmen, der datenanalytische Methoden, kausale Zusammenhänge und operative Entscheidungslogiken systematisch integriert. Vor diesem Hintergrund verfolgt die vorliegende Dissertation das Ziel, ein wissenschaftlich fundiertes Referenzmodell zu entwickeln, das die konzeptionellen und architektonischen Voraussetzungen für präskriptive Instandhaltungsstrategien schafft, ohne selbst eine vollständige präskriptive Entscheidungsautomatisierung zu beanspruchen. Der Fokus liegt auf einem kausal-prädiktiven Ansatz, der über reine Zustands- oder Ausfallprognosen hinausgeht, indem er datengetriebene Mustererkennung mit strukturierter Ursachenanalyse und kontextbezogener Interpretation verbindet. Methodisch basiert die Arbeit auf dem Design-Science-Research-Ansatz. In einem iterativen Forschungsprozess wurden zunächst theoriegeleitet Anforderungen aus Literatur und Praxis abgeleitet. Darauf aufbauend wurde ein mehrschichtiges Referenzmodell konzipiert, das funktionale, datenbezogene und infrastrukturelle Ebenen integriert und die Einbettung von Data-Mining-Methoden in industrielle Produktionsumgebungen systematisiert. Zentrales Gestaltungsprinzip ist dabei die strukturierte Kopplung von Prognosemodellen mit kausalen Analysemechanismen, um belastbare Entscheidungsgrundlagen zu erzeugen. Die prototypische Implementierung demonstriert die technische Umsetzbarkeit des Referenzmodells sowie dessen Übertragbarkeit auf industrielle Anwendungsszenarien. Die Evaluation erfolgt anhand eines systematischen Anforderungsabgleichs, einer vergleichenden Einordnung gegenüber bestehenden Ansätzen sowie durch leitfadengestützte Experteninterviews mit Fachvertretern aus den industriellen Bereichen der Instandhaltung und IT. Die qualitative Expertenevaluation dient dabei der Validierung der strukturellen Vollständigkeit, der praktischen Relevanz und der Anwendbarkeit der entwickelten Architektur. Die Ergebnisse zeigen, dass das entwickelte Referenzmodell eine konsistente Integrationsarchitektur bereitstellt, die prädiktive Analysen in kausal interpretierbare Zusammenhänge überführt und damit die methodische Grundlage für weiterführende Präskriptive Entscheidungslogiken schafft. Durch die systematische Strukturierung des Zusammenspiels von datengetriebener Modellierung, kausaler Analyse und entscheidungsorientierten Abstraktionsebenen trägt das Modell dazu bei, die konzeptionelle Lücke zwischen prädiktiver Instandhaltungsanalyse und handlungsorientierter präskriptiver Strategie systematisch zu reduzieren.
Functional capabilities of short deoxy ribonucleic acids beyond storing information
(2026) Machatzke, Corbin; Mutschler, Hannes; Clever, Guido
Deoxyribonucleic acids have many different applications beyond the storage of information, like catalysis or binding of targets. Utilizing these capabilities in life-like systems, like synthetic cells, allows for encoding of function or rudimentary metabolism without the requirement of encoding the entire transcription-translation apparatus of proteins. In this work, we present two different systems for the evolution of functional deoxyribonucleic acids in a bacterial or synthetic cell environment. The bacterial system allows for the potential evolution of DNAzymes or DNA based aptamers intracellularly, a critical requirement for high efficacy in a cellular environment. The synthetic cell system shows how to link the activity of a DNA cargo molecule in dissipative coacervates to their morphology, enabling potential selection and evolution under synthetic cell conditions, a step further towards the generation of synthetic life-like systems. Taken together, these methods allow for evolution of more relevant functional nucleic acids for the environment they will be employed in and increasing efficacy of their function.
Strukturchemische Analytik starker und schwacher Wechselwirkungen
(2026) Schrimpf, Tobias; Strohmann, Carsten; Knorr, Michael
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Verständnis von Bindungssituationen in stickstoffhaltigen Systemen zwischen kovalenten und nicht-kovalenten Wechselwirkungen systematisch erweitert. Im ersten Teil wurden Aminoalkohole als Liganden für s-Block-Metalle untersucht. Die Synthese über die nucleophile Epoxid-Ringöffnung erweist sich als stark lösungsmittelabhängig und erlaubt eine gezielte Steuerung der Produktbildung. Die Liganden zeigen ein stark vom Metallzentrum abhängiges Koordinationsverhalten. Im Gegensatz dazu führt die Koordination an Zink zu einer Vielfalt an Koordinationsmotiven. Der zweite Teil widmet sich Halogenbrücken in Iod–Stickstoffsystemen. Diese Wechselwirkungen können auch in komplexen Wasserstoffbrückennetzwerken stabil ausgebildet werden und fungieren als strukturgebende Elemente. Ihre Stärke wird dabei nicht primär durch die Basizität bestimmt, sondern durch die Zugänglichkeit des Halogenbrückenakzeptors und dessen Einbettung in das Festkörperumfeld. Besonders am Beispiel von Ammoniak als kleinstmöglichem neutralen Halogenbrückenakzeptor konnte gezeigt werden, dass Halogenbrücken trotz konkurrierender Wasserstoffbrücken-wechselwirkungen stabil ausgebildet werden und durch das supramolekulare Netzwerk kooperativ stabilisiert werden. Mit zunehmender struktureller Vereinfachung des Halogenbrückendonors zeigt sich ein kontinuierlicher Übergang zu partiell-kovalenten Wechselwirkungen. Die quantenchemischen Untersuchungen verdeutlichen, dass schwache Wechselwirkungen mit dieser Methodik gut beschrieben werden können, während partiell-kovalente Systeme weiterhin nur unzureichend abbildbar sind. Insgesamt wird deutlich, dass ein umfassendes Verständnis dieser Systeme nur durch die Kombination aus Synthese, Strukturanalyse und theoretischer Beschreibung möglich ist. Die Untersuchung von Chalkogenbrücken in Tellurverbindungen zeigt, dass sich durch gezielte Vororganisation besonders starke und gerichtete Wechselwirkungen realisieren lassen. Darüber hinaus konnten erstmals hochaufgelöste experimentelle Elektronendichteuntersuchungen an organotellurhaltigen Chalkogenbrücken durchgeführt werden.
Metallorganische Einblicke in den Mechanismus der anionischen Polymerisation
(2026) Schmidt, Annika; Strohmann, Carsten; List, Benjamin
Die anionische Polymerisation ist eine seit langem etablierte Methode zur gezielten Synthese von Polymeren. Dennoch ist sie bisher mechanistisch nicht vollständig verstanden, was unter anderem auf das Fehlen von isolierten organometallischen Intermediaten zurückgeführt werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher verschiedene Intermediate der anionischen Polymerisation isoliert, die anschließend als Modelle der aktiven Polymerkette dienten, um Reaktivitäten abzuleiten. Durch die selektive Monoaddition von tert-Butyllithium an Styrol und anschließende Kristallisation mit verschiedenen Liganden konnte eine Vielzahl isolierter Intermediate erhalten werden, die anschließend mittels NMR-Spektroskopie in Lösung charakterisiert werden konnten. Durch die Isolierung dieser Zwischenstufen der Polymerisation konnte erstmalig die Initiation und Propagation getrennt untersucht werden. Dabei wurden durch Nachverfolgen der Reaktionen mittels in situ FT-IR-Spektroskopie Lösungsmittel-abhängige Reaktivitäten beobachtet. DFT-Rechnungen halfen diese Beobachtungen zu rationalisieren. Ebenfalls wurden Untersuchungen zum Intermediat in apolaren Lösungsmitteln durchgeführt, die auf ein dimeres Aggregat mit deutlich delokalisierter negativer Ladung hindeuten. Die so erarbeitete Methode wurde zusätzlich auf die anionische Polymerisation von (bio-basierten) Dienen oder mit anderen Alkalimetall-Gegenionen übertragen. Auch hier konnten Festkörperstrukturen der aktiven Intermediate erhalten werden, die erneut zusammen mit DFT-Rechnungen die in Kooperationsstudien beobachtete Reaktivität der Polymerisationen erklärten. Auch die Einführung von funktionalisierten Initiatoren wurde untersucht. Schließlich konnten durch die erstmalige experimentelle Verwendung von Dimethylether für lithiumorganische Chemie neue Einblicke in die Li–C-Bindungssituation durch experimentelle Elektronendichtestudien erhalten werden.