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Über den Einfluss molekularer Parameter auf die Transporteigenschaften organischer Lösungsmittel
(2007)
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Gerhard Wittko
- In dieser Arbeit wird der Einfluss molekularer Parameter wie Masse und Trägheitsmoment auf Diffusion und Thermodiffusion binärer niedermolekularer Flüssigkeiten experimentell untersucht. Die verwendete Messtechnik beruht auf transienten holographischen Gittern. Die Soret-, Thermodiffusions- und Massendiffusionskoeffizienten von Mischungen bestehend aus Aceton, Benzol, Benzol-d1, 1,3,5-Benzol-d3, Benzol-d5, Benzol-d6, Benzol-13C6, Cyclohexan, Cyclohexan-d12, n-Hexan, Isobutylbenzol, Toluol, 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin, Dodekan und 1,6-Dibromhexan wurden bei einer Temperatur von 25°C gemessen. Zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit des Soretkoeffizienten und seines Isotopeneffekts wurden für die Mischungen der verschiedenen Benzolen und des 1,6-Dibromhexan in Cyclohexan und Cyclohexan-d12 zusätzlich Messungen im Temperaturintervall von 15°C bis 35°C durchgeführt. Der Isotopeneffekt des Soretkoeffizient bei Perdeuterierung des Cyclohexans ist für alle untersuchten Mischungen unabhängig von der Konzentration und mit Ausnahme des polaren Acetons in etwa gleich groß. Die Temperaturabhängigkeit des Soretkoeffizienten ist für die untersuchten Mischungen im betrachteten Temperaturintervall linear und variiert mit der Konzentration. Der Isotopeneffekt des Soretkoeffizienten bei Perdeuterierung des Cyclohexans ist temperaturunabhängig. In der Mischung Benzol in Cyclohexan wird eine Konzentration gefunden, bei welcher der Soretkoeffizient endlich und temperaturunabhängig ist. Der Soretkoeffizient kann in zwei additive Beiträge aufgespalten werden. Der erste Beitrag ist der konzentrations- und temperaturabhängige chemische Beitrag. Er lässt sich in eine von der Konzentration abhängige Funktion, die mit einem temperaturabhängigen Amplitudenfaktor versehen wird, faktorisieren. Das Verschwinden der konzentrationsabhängigen Funktion, und somit des chemischen Beitrags, führt zu dem in dieser Arbeit erstmals beschriebenen temperaturunabhängigen Fixpunkt. Der zweite Beitrag ist der Isotopenbeitrag, der unabhängig von der Konzentration und der Temperatur ist. Er besteht aus zwei Summanden, von denen der eine von der Masse, der andere von den Trägheitsmomenten der Komponenten der Mischung abhängt. Auch Literaturdaten können über den gesamten Konzentrations- und Temperaturbereich sehr gut mit vorgeschlagenen Separationsansatz beschrieben werden. Für alle betrachteten Mischungen ist der konzentrationsunabhängige Amplitudenfaktor etwa gleich groß und meist wird ein temperaturunabhängiger Fixpunkt gefunden. Die Ergebnisse zeigen, dass nicht die sich mit der Temperatur ändernde Konzentration, bei der der Soretkoeffizient verschwindet, sondern die Konzentration des temperaturunabhängigen Fixpunktes besonders ausgezeichnet ist. Weiterhin wird eine einfache additive Mischungsregel für den Soretkoeffizienten untersucht, die nur auf Eigenschaften der Reinsubstanzen der Mischung basiert. Für äquimolare Mischungen, die näherungsweise ideal sind, können die einzelnen Substanzen nach diesem Konzept in einer Reihe ansteigender Thermophobie angeordnet werden. Es wird eine gute Übereinstimmung zwischen vorhergesagten und gemessenen Soretkoeffizienten gefunden. Andererseits wird gezeigt, dass dieses Konzept nicht zur Vorhersage der Konzentrationsabhängigkeit des Soretkoeffizienten geeignet ist. Der Diffusionskoeffizient ändert sich bei Isotopensubstitution an einer Komponente nur marginal. Die Diffusionskoeffizienten der beiden Mischungen unterscheiden sich über den gesamten Konzentrationsbereich um einen konstanten Faktor. Die geringe Änderung von wenigen Prozent kann mit der kinetischen Theorie erklärt werden, die jedoch keine Auskunft über die Größe des Diffusionskoeffizienten gibt. Darüber liefert für die Grenzfälle unendlicher Verdünnung trotz der vergleichbaren molaren Volumina der Komponenten der Mischungen die Stokes-Einstein Gleichung eine recht gute Abschätzung, solange das gelöste Molekül kleiner ist als ein Lösungsmittelmolekül. Sie ist jedoch ungeeignet, den beobachteten Isotopeneffekt zu erklären. Der Isotopeneffekt des Thermodiffusionskoeffizienten variiert mit der Konzentration und ist proportional zum Diffusionskoeffizienten, so dass sich der konstante Isotopeneffekt des Soretkoeffizienten ergibt. Es zeigt sich, dass sich die thermophoretische Kraft auf ein einzelnes Cyclohexan-Molekül, das in einer beliebigen anderen Flüssigkeit gelöst ist, bei Perdeuterierung dieses Cyclohexan-Moleküls immer um den gleichen Betrag ändert, egal, wie groß die thermophoretische Kraft vorher war. Auch für den Fall eines beliebigen in Cyclohexan gelösten Moleküls, ergibt sich bei Perdeuterierung des Lösungsmittels Cyclohexan immer die gleiche Änderung der thermophoretischen Kraft, wieder unabhängig von der Größe der Kraft zuvor. In beiden Fällen ist die Änderung der thermophoretischen Kraft betragsmäßig gleich groß, aber von unterschiedlichem Vorzeichen.
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Zwei auf einen Streich: Optimierte dynamische Einsatzplanung für Gelbe Engel und Lastenaufzüge
(2007)
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Jörg Rambau
Cornelius Schwarz
- Wir modellieren zwei verschiedene dynamische Einsatzplanungsprobleme: die dynamische Einsatzplanung Gelber Engel beim ADAC und die Steuerung von Lastenaufzügen in einem Versandlager der Herlitz PBS AG. Wir benutzen eine Reoptimierungspolitik, die die Steuerung des Systems mit Hilfe der Lösung von statischen Schnappschussproblemen durchführt. Für die auftretenden Schnappschussprobleme vergleichen wir zwei Modellierungsansätze (Flussmodell versus Tourenmodell), von denen nur einer echtzeittauglich ist. Das Verfahren zur dynamischen Einsatzplanung Gelber Engel ist beim ADAC in Betrieb.
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Vertrauensbildende Maßnahmen in Grid-Ökonomien
(2007)
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Thomas Reichmann
- Mit zunehmender Verbreitung von Grid-Infrastrukturen in Unternehmen gewinnt die Frage nach Vertrauen immer mehr an Bedeutung. In einer offenen, heterogenen, sich ständig verändernden Umgebung, wie z.B. der Grid-Ökonomie ist hundertprozentige Sicherheit nicht zu gewährleisten; aus diesem Grund ist Vertrauen in den Handelspartner notwendig. Ziel dieser Arbeit ist es, bereits bestehende vertrauensbildende Maßnahmen aus dem Bereich der Informationsökonomie bezüglich ihrer Übertragbarkeit auf GridÖkonomien kritisch zu analysieren. Dabei sollen ausgewählte Instrumente zur Überwindung von Unsicherheit durch Informationsbereitstellung vorgestellt und diese jeweils anschließend auf ihre Anwendbarkeit in Grid-Ökonomien untersucht werden.
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Untersuchungen zur Ausbildung hochgeordneter Strukturen in lamellaren Tensidphasen
(2007)
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Christian Wolf
- Komplex aufgebaute äquidistante Lamellenflächen bilden in Systemen mit parabolischen Fokalkegeln hochsymmetrische Muster. Am Beispiel des Systems Natriumdodecylsulfat / Wasser / Hexanol / Dekan wurde dieses Verhalten im Bereich von L3- und lamellarer Phase gefunden und untersucht. In der vorliegenden Arbeit sollten die Ursachen und Wege bei der Ausbildung solcher Strukturen genau aufgeklärt und qualitativ untersucht werden. Es ist bekannt, dass geordnete lamellare oder smektische Phasen bei erzwungener Dilatation parabolische Fokalkegel bilden können, die zu regelmäßiger Musterbildung neigen. Bei den hier untersuchten Tensidsystemen waren die Probengefäße jedoch starr und keinem mechanischen Stress unterworfen. Trotzdem wurden hier besonders gut ausgeprägte Muster von parabolischen Fokalkegeln nachgewiesen. Es stellte sich deshalb die Aufgabe, alle auftretenden dynamischen Prozesse von der Probenpräparation an bis zur Ausbildung des Musters und dessen Zerstörung zu dokumentieren und zu beschreiben. Im lamellaren Einphasengebiet wurde in keinem Fall die Ausbildung von geordneten Lamellen beobachtet. Alle Proben blieben ungeordnet und zeigten starke Doppelbrechung. Bei Entnahme der lamellaren Phase aus dem koexistierenden lamellar / L3-Gebiet entstand dagegen in allen Fällen in kurzer Zeit Pseudoisotropie. Von den verschlossenen Rändern des Microslides aus begann in den pseudoisotropen Proben eine nebelartige Fahne in das Kapillarinnere hinein zu wachsen. Bei starker Vergrößerung des Nebels konnte nachgewiesen werden, wie zunächst aus diffusen Strukturen Muster entwickelt wurden. Mustergröße, Kontrast und Ordnung nahmen dabei stark zu, bis schließlich große Bereiche mit nahezu perfekten Quadraten entstanden. Es ist mit der gewählten Methode reproduzierbar gelungen, solche hochgeordneten Bereiche in perfekter quadratischer Orientierung über das gesamte Gesichtsfeld des Mikroskops zu erzeugen. SDS-Konzentration, Hexanol- und Dekangehalt, Kotensid und Temperatur wurden variiert, um bestmögliche Bedingungen für solche optimalen Ordnungen zu finden. Die hohe Gleichmäßigkeit der Gitter ermöglichte die quantitative Untersuchung der Mustergeometrie. Es konnte gezeigt werden, dass die Muster immer exakt in der Mitte zwischen unterer und oberer Fläche des Probengefäßes positioniert waren. In der mittleren Fokalebene ist die Symmetrie außerordentlich hoch, weil die sowohl nach oben und nach unten verlaufenden Parabeln identisch abgebildet werden. Bei Verschiebung des Fokus fand man eine obere und untere ganz scharf abgebildete Fokalebene, in der nur jeweils die vier oberen oder unteren der zusammenfallenden Parabeln scharf abgebildet werden. Wenn man die Dicke der Microslides veränderte, entstanden die Muster zunächst in gleicher Größe. Sie wuchsen dann aber unter Kontrastverstärkung bis zu einem maximalen Wert an, der proportional mit der Dicke der Microslides zunimmt. Besonders war der Vergleich zwischen oberer und unterer Fokalebene mit der Größe der Elementarzelle. Die Messwerte für alle Proben und für alle Microslidedicken lagen auf einer Geraden durch den Nullpunkt. Hieraus ist zu schließen, dass die Mustergestalt der parabolischen Fokalkegel von einem einzigen Parameter, der Zellgröße, bestimmt wird, das heißt, alle Muster sind einander ähnlich. Um die Triebkraft für die Bildung der parabolischen Fokalkegel zu ermitteln wurden Proben angesetzt, abgedichtet und in bestimmten Zeitintervallen gewogen. Dabei wurde nachgewiesen, dass Wasser, Hexanol und vor allem Dekan durch den Kitverschluss diffundieren können. Das Phasendiagramm zeigt, dass bei Dekanverlust die lamellare Phase erhalten bleibt, dass aber dabei der interlamellare Abstand abnehmen muss. Für die geordnete Probe im Microslide wirkt dieser Vorgang aber wie eine erzwungene Dilatation, die zur Bildung der parabolischen Fokalkegel führt, um diesen Zwang auszuweichen. Hierdurch wird auch verständlich, dass sich die Proben nach Ausbildung des Musters nach einiger Zeit weiter verändern. Dabei treten Fließbewegungen des gesamten Musters auf. Dadurch werden Verzerrungen im Muster erzwungen. Es konnte dabei nachgewiesen werden, dass solche Verzerrungen nach Änderung des 90° Winkels vom Quadrat zu einem 60° Winkel wieder ein neues stabiles Rautengitter mit neuer Symmetrie ausbildeten. Dieses Gitter ist der Grenzfall der maximal möglichen Verzerrung eines regulären Musters parabolischer Fokalkegel zu einem Ellipsen-Hyperbel-Gitter. In Proben mit wenig lamellarer Phase entstanden in starker Dynamik aus hochgeordneten Bereichen der lamellaren Phase exakt hexagonal angeordneter Strukturen, die sich unter dem Polarisationsmikroskop wie Maltesertröpfchen verhielten. Die Eigenschaften von parabolischen Fokalkegeln sind hierbei völlig verschwunden. Es ist deshalb anzunehmen, dass bei diesem Gitter die Fokalkegel unter Ausbildung lamellar ähnlicher Tröpfchenstrukturen zunehmend zerstört werden.
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Untersuchungen zum Wasserhaushalt eines Fichtenwaldstandorts unter Berücksichtigung der Humusauflage
(2007)
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Tobias Zuber
- Die Humusauflage ist ein wichtiger Bestandteil von Waldböden, der stark durchwurzelt wird und, in Abhängigkeit von der Mächtigkeit, einen bedeutenden Beitrag zur pflanzenverfügbaren Speicherung von Wasser leisten kann. Dennoch wird die Humusauflage in Bodenwasserhaushaltsmodellen nur selten berücksichtigt. In dieser Arbeit soll der Wasserhaushalt der Humusauflage eines Fichtenbestands (Picea abies L.) im Fichtelgebirge (NO-Bayern) für eine Kontroll- und eine Manipulationsfläche, die über sechs Wochen experimentell ausgetrocknet und anschließend wiederbefeuchtet wurde, quantifiziert und modelliert werden. Für die korrekte Abbildung des Bodenwasserhaushalts im Modell wurden die bodenphysikalischen Parameter am Untersuchungsstandort umfassend charakterisiert. Die pF-Kurve wurde für die Mineralbodenhorizonte bis pF 4,2, für die Humusauflage bis pF 5,5 ermittelt. Die Spanne der volumetrischen Wassergehalte zwischen Sättigung und maximaler Austrocknung ist dabei in der Humusauflage sehr viel größer als im Mineralboden. Dies wirkt sich auf die Höhe der nutzbaren Feldkapazität aus, die für die 13 cm mächtige Humusauflage mit 41 mm, für den Mineralboden bis 40 cm Bodentiefe, unter Berücksichtigung des Skelettanteils, mit 71 mm bestimmt wurde. Die experimentelle Austrocknung des Fichtenbestands führte, im Vergleich zur Kontrollfläche, lediglich in der Humusauflage zu signifikant geringeren Wassergehalten, während im Mineralboden keine Manipulationseffekte auftraten. Zwischen Juli und August 2006 wurden für die Humusauflage der Manipulations- und der Kontrollfläche maximale Saugspannungen von pF 6 bzw. pF 5 über die pF-Kurve errechnet. Ein weiteres Ziel war die Weiterentwicklung eines Lindenholzsensors zur horizontgenauen Bestimmung von Matrixpotentialen in Humusauflagen mittels elektrischer Leitfähigkeitsmessung. Im Bereich der Messtechnik und bei der Beachtung des Temperatureinflusses konnten Fortschritte erzielt werden, eine kontinuierliche in situ-Bestimmung von Matrixpotentialen wurde aber nicht erreicht. Die volumetrischen Wassergehalte konnten im trockenen Bereich bis 20 Vol.-% erfasst werden, im feuchteren Bereich sind die Lindenholzsensoren ungeeignet. Neben der Entwicklung von Lindenholzsensoren sollten weitere Sensoren auf ihre Anwendbarkeit in Humusauflagen hin getestet und verglichen werden. ECH2O-Sonden bildeten über eine gute Freilandkalibrierung die volumetrischen Wassergehalte in der Humusauflage von 3 bis 60 Vol.-% kontinuierlich und korrekt ab, bei weitestgehender Wartungsfreiheit der Messtechnik. Auch mit einer mobilen FDR-Sonde konnte im Freiland eine gute Kalibrierung zur Bestimmung von volumetrischen Wassergehalten in der Humusauflage erzielt werden. Die Verwendung von Einstichtensiometern hingegen kann nur unter feuchten Bedingungen zur Ermittlung von Saugspannungen in Humusauflagen empfohlen werden. Mit einem Wasserhaushaltsmodell konnte der Wasserhaushalt der Mineralbodenhorizonte und der Humusauflage für die Austrocknungsperiode abgebildet werden. Nach stärkeren Niederschlagsereignissen wurden die Wassergehalte, insbesondere in der Humusauflage, jedoch teils deutlich überschätzt. Dies wird auf die Ausbildung von Hydrophobizität und dadurch bedingtem präferentiellen Fluss als Folge vorausgegangener Austrocknung zurückgeführt. Die Arbeit hat gezeigt, dass die Humusauflage in der Vegetationsperiode für den Wasserhaushalt des Fichtenbestands von großer Bedeutung ist. Durch den Vergleich unterschiedlicher Sensoren und die Simulation des Wasserhaushalts im Modell hat sich gezeigt, dass die hohe Dynamik der Wassergehalte und Saugspannungen in der Humusauflage relativ zuverlässig beschrieben werden kann.
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Ultraschallanemometer-Überprüfung im Windkanal der TU Dresden
(2007)
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Lukas Siebicke
Andrei Serafimovich
- keine Zusammenfassung
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Trends and Extreme Values of River Discharge Time Series
(2007)
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Malaak Kallache
- In dieser Dissertation wird ein Datenanalyse-Methodenkanon entwickelt und angewendet, um Trends im Mittelwert und den Extremen von Abflusszeitreihen zu untersuchen. Die Autokorrelationsstruktur der Daten (das Gedächtnis) findet hierbei Berücksichtigung. Ein solcher Ansatz ist zum Beispiel sehr nützlich, um eine mögliche Intensivierung des globalen Wasserkreislaufes aufgrund des anthropogen verursachten Klimawandels zu untersuchen. Die Kosten häufigerer oder schwererer Hochwasser und Dürren sind hoch, deshalb ist eine akkurate Abschätzung dieser Gefahren samt ihrer Unsicherheiten von großer Bedeutung. Wir analysieren Abflüsse von Einzugsgebieten der Donau und des Neckar in Süddeutschland. Hierbei vergleichen wir unseren Methodenkanon mit in der Hydrologie gängigen Methoden, um Unterschiede und Gemeinsamkeiten bezüglich der Berechnung von Bemessungsgrößen feststellen zu können. Außerdem suchen wir nach räumlichen Mustern von Trends. Im ersten Teil dieser Arbeit untersuchen wir Trends im Mittelwert von Abflussdaten. Beim Trendtest wird hierbei die Autokorrelationsstruktur der Daten mittels stochastischer FARIMA-Prozesse modelliert, da durch Autokorrelationen unechte Trends vorgetäuscht werden können. Wir nehmen an, dass die Daten additiv zusammengesetzt sind aus natürlicher Variabilität, die durch den stochastischen Prozeß repräsentiert wird, und möglicherweise einer deterministischen Trendkomponente. Dieser Trend wird mit Hilfe von Wavelets bestimmt und repräsentiert die Fluktuationen der Zeitreihe auf großen Skalen. Hydrologische Zeitreihen zeichnen sich durch Kurzzeit- und Langzeit-Gedächtnis aus, das zum Beispiel durch Wetter oder Folgen großskaliger atmosphärischer Muster verursacht werden kann. Bei der Analyse von ca. 90 Abflusspegeln der Einzugsgebiete von Neckar und Donau finden wir solche, räumlich sehr heterogenen, Autokorrelationsstrukturen der Daten. Die Komplexität des hier präsentierten Ansatzes zur Bewertung von Trends ist also notwendig, um die Zeitreihen adäquat zu repräsentieren. Unsere Ergebnisse unterscheiden sich von denen des in der Hydrologie gebräuchlichen Mann-Kendall-Trendtests, der zu oft signifikante Trends diagnostiziert, falls die analysierten Daten Autokorrelationen besitzen. Wir finden sowohl steigende als auch fallende Trends in beiden Einzugsgebieten und es ist kein ad hoc interpretierbares räumliches Muster auszumachen. Im zweiten Teil dieser Arbeit modellieren wir Trends in den Extremwerten von Abflussdaten mittels Punktprozessen. Hierbei nehmen wir an, dass Überschreitungen eines Schwellenwertes eine verallgemeinerte Pareto-Verteilung haben. Autokorrelationen in den Extremwerten werden entfernt. Im Gegensatz zu konventioneller Extremwertstatistik wird eine mögliche Instationarität über zeitabhängige Modellparameter zugelassen. Auf diese Weise können Änderungen sowohl in der Häufigkeit als auch im Betrag der Extremwerte berücksichtigt werden. Das beste Modell wird gewählt aus dem stationären Modell und Modellen mit einer Auswahl an polynomialen und exponentiellen Trendannahmen. Gängige Bemessungsgrößen, wie das Jahrhunderthochwasser, können nun mit Hilfe dieses Modells berechnet werden. Wir analysieren Winter-Abflussdaten von ca. 50 Pegeln innerhalb des Einzugsgebietes der Donau und finden in ungefähr einem Drittel der Daten Trends in den Extremwerten. Wesentlich hierbei ist, dass die Anpassung stationärer Modelle an instationäre Extrema zu einer Verzerrung der Bemessungsgrößen führt, wobei die Größe der Verzerrung von der Stärke des Trends abhängt. Die hier vorgestellte Methode bietet die Möglichkeit, die Unsicherheit der ermittelten Bemessungsgrößen abzuschätzen. Die vorliegende Dissertation liefert einen Methodenkanon zur verbesserten Trend- und Extremwertanalyse, die die Vorstellung von Gedächtnis in den Daten und einer sich mit der Zeit verändernden Umwelt aufgreift. Bei unseren Untersuchungen von Abflüssen in Flusseinzugsgebieten von Süddeutschland finden wir oft Trends im Mittelwert und den Extremen. Dennoch ist in diesen Flusseinzugsgebieten kein einheitliches, in Beziehung zum Klimawandel stehendes, Signal fallender oder steigender Abfluss-Trends zu erkennen. Oft verhalten sich benachbarte Pegel unterschiedlich. Dies wird möglicherweise durch Faktoren wie Änderung der Landnutzung oder der Bodenbeschaffenheit bestimmt, die primär nichts mit dem Klimawandel zu tun haben. Eine fundierte Trendbewertung ist jedoch die notwendige Grundlage für jegliche prozeßorientierte, physikalische Interpretation. Weiterhin kann die gängige Praxis von Wasserwirtschaftsämtern verbessert werden indem die vorgestellte Methodik angewandt wird und Kosten für den Hochwasserschutz können genauer kalkuliert werden. So werden zum Beispiel Baukosten reduziert, wenn die Schätzung zu hoher Wiederkehrschwellen aufgezeigt werden kann und Kosten möglicher zukünftiger Schäden werden vermindert, falls die Unterschätzung solcher Wiederkehrschwellen belegt werden kann.
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Trade unions and the informal economy in Zambia: Building strength or loosing ground?
(2007)
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Georg Heidenreich
- The increasing casualisation of labour forces trade unions globally to deal with a growing number of unprotected and unrepresented workers in what is dubbed by the unions, even if critically, as the informal economy. This paper assesses the impact and further potential of a direct and indirect intervention of the Zambian labour movement towards the informal economy, according to basic criteria like skills development, networking, innovation capacity and access to finance for micro-entrepreneurs. Through providing business development services, the unions also encourage informal sector organizations to associate themselves with Zambia Congress of Trade Unions (ZCTU), thereby strengthening the socio-political representation of the informal economy workers and the labour union movement as a whole. It still remains to be seen, however, to which extent NGO-like approaches that seem to be vital when opening towards the informal economy might compromise basic principles of the labour movement like effective, yet democratic and transparent structures based on mass membership.
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There are integral heptagons, no three points on a line, no four on a circle
(2007)
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Tobias Kreisel
Sasch Kurz
- We give two configurations of seven points in the plane, no three points in a line, no four points on a circle with pairwise integral distances. This answers a famous question of Paul Erdös.
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Theoretical and Computation Basis for CATNETS - Annual Report Year 3
(2007)
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Daniel Veit
Georg Buss
Björn Schnizler
Dirk Neumann
Werner Streitberger
Torsten Eymann
- In this document the developments in defining the computational and theoretical framework for economical resource allocation are described. Accordingly the formal specification of the market mechanisms, bidding strategies of the involved agents and the integration of the market mechanisms into the simulator were refined.
