Universität Stuttgart
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Item Open Access Fluid-phase transitions in a multiphasic model of CO2 sequestration into deep aquifers : a fully coupled analysis of transport phenomena and solid deformation(Stuttgart : Institut für Mechanik (Bauwesen), Lehrstuhl für Kontinuumsmechanik, Universität Stuttgart, 2017) Häberle, Kai; Ehlers, Wolfgang (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)Item Open Access Charakterisierung umweltneutraler, natürlicher eisenhaltiger Sauerstoffträger für Chemical-Looping-Combustion (CLC)-Kraftwerke(2018) Schopf, Alexander; Massonne, Hans-Joachim (Prof. Dr.)Chemical Looping Combustion (CLC) ist eine großtechnische Verbrennungstechnologie zur Stromerzeugung mittels Wirbelschichtreaktoren unter Verwendung von Feststoffen anstelle von Luft als Sauerstoffträger. CLC zählt zu den CO2-Sequestrierungsverfahren für Carbon Dioxide Capture and Storage (CCS). Das Rauchgas besteht hauptsächlich aus Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid, die Produktion von Stickoxiden wird prozessbedingt vermieden, der Wirkungsgradverlust liegt bei theoretisch 2 bis 3 %. Das bislang als Sauerstoffträger für CLC verwendete Mineral Ilmenit ist im Vergleich mit anderen Erzen relativ selten. Synthetisch hergestellte Sauerstoffträger sind dagegen teurer und daher unwirtschaftlich. Ziel der Arbeit war die Identifikation umweltneutraler natürlicher Sauerstoffträger für CLC-Kraftwerke die sowohl gut verfügbar sind als auch wirtschaftliche Alternativen darstellen. Für die Untersuchungen wurden die Gütekriterien der Effektivität für CLC und Kraftwerkseignung zu Grunde gelegt: gute Abriebfestigkeit, hohe Reaktivität mit Brenngasen bei 900 °C, insbesondere Methan, hohe Sauerstofftransportkapazität mit ca. 10 % Masseverlust bei der Reduktion, hohe Reaktivität mit Luftsauerstoff bei der Oxidation und eine Temperaturstabilität von mindestens 1000 °C unter oxidierenden Bedingungen. Weiteres Forschungsziel war die Aufklärung der ablaufenden Prozesse der Reduktions- bzw. Oxidations-Reaktionen bei den einzelnen Sauerstoffträgern unter simulierten Kraftwerksbedingungen. Mit der Entwicklung eines systematischen, für alle Sauerstoffträger anwendbaren, Untersuchungsgangs wurde eine fundamentale Methode zur Visualisierung der inhärenten chemischen Reaktionen bei wiederholender sukzessiver Reduktion und Oxidation geschaffen. Die experimentelle Versuchsabfolge gliederte sich in vier Teile: Vorbereitung und mineralogische Untersuchung zur Beschreibung des Ausgangsmaterials, Vorstudie zur Überprüfung der Temperaturstabilität von 1000 °C in der Thermowaage (TGA), Hauptstudie mit Simulation von CLC in der TGA und eine Vergleichsstudie unter Kraftwerksbedingungen im Versuchskraftwerk des Instituts für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart zur Korrelation der Ergebnisse der Hauptstudie. Unter ihrer Anwendung wurden die hier einbezogenen Proben charakterisiert, wobei sich sieben von 12 Proben der Hauptstudie (aufgrund der formulierten Anforderungskriterien) als Sauerstoffträger besonders geeignet erwiesen: Magnetiterz, Maphopha (RSA), Magnetiterz, Thạch Khê (SGA), Roter Glaskopf, Toulkine (IMI), MIOX ME400, Waldenstein (KMI), Hämatiterz, Norwegen (DH), Bändereisenerz, Bogalatladi (RSA) und Ilmeniterz, Capel (IFK). Bei sehr lang gewählten Reduktionszeiten mit Brenngas entstanden zudem Varietäten des Kohlenstoffs, wie bspw. amorpher Kohlenstoff, Graphit und Graphen, als Abscheidung aus der Gasphase auf den Sauerstoffträgeroberflächen. Dies gibt Anlass zu weiteren Forschungen.Item Open Access Long-term lumped projections of groundwater balances in the face of limited data(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2024) Ejaz, Fahad; Nowak, Wolfgang (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Geodätische und fernerkundliche Beiträge zum Verständnis rutschungsinduzierter Seismizität an tonreichen Lockergesteinsrutschungen(2018) Rothmund, Sabrina; Joswig, Manfred (Prof. Dr.)Die Verfeinerung von passiven seismologischen Methoden ermöglicht seit 1995 die Erfassung von rutschungsinduzierter Seismizität an den kriechenden bis langsam bewegenden (nach Cruden und Varnes, 1996) tonreichen Lockergesteinsrutschungen Slumgullion (USA), Heumöser Hang (Österreich), Super-Sauze (Frankreich), Valoria (Italien) und Pechgraben (Österreich). Dabei konnten verschiedene Signaltypen beobachtet werden: (1) Slidequakes, bei denen es sich um kurzzeitige (< 2 s) impulshafte Bruchprozesse mit abgeschätzter Lokalmagnitude bis ML -3 mit Bruchlängen im Meterbereich handelt, (2) Tremore, meist deutlich schwächere Mehrfachereignisse die den ETS-(episodic slip and tremor) Signalen und den vulkanischen Tremoren ähneln sowie (3) Impaktsequenzen, generiert durch Steinschlag und Felssturz, die an Abrisskanten oder Steilhängen auftreten. Aufgrund des schlechten Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR = signal-to-noise-ratio) lassen sich weder die genaue Epizentren bzw. Hypozentren noch Momententensoren bestimmen und es ist folglich nicht möglich allein auf Basis seismischer Daten den Herdmechanismus für die rutschungsinduzierten Signale zu identifizieren. Für die Super-Sauze Hangrutschung konnte gezeigt werden, dass sich die oberflächennahe Untergrunddynamik in Form von jährlich wiederkehrenden ortsfesten spannungsorientierten Rissstrukturen an die Oberfläche durchpaust. Deshalb wird der Grundgedanke einer multidisziplinären Analyse und synoptischen Interpretation verfolgt, wobei die abgeleiteten Informationen aus den geodätischen und fernerkundlichen Beobachtungen eine wesentliche neue Informationsquelle darstellen. Für die Untersuchung des Auftretens rutschungsinduzierter Signale (Slidequakes und Tremore) sowie der Zusammenhänge zwischen diesen und den hangspezifischen Parametern Bewegung, Durchfeuchtung, Wasserinfiltration, Rissöffnung und -schließung sowie Niederschlag wurde ein achtwöchiges multidisziplinäres Feldexperiment an der Super-Sauze Hangrutschung zwischen Ende Mai und Juli 2010 durchgeführt. Die eingesetzten Untersuchungsmethoden umfassten neben Nanoseismic Monitoring, Geoelektrik, sehr hochauflösende (cm-Bereich) UAV-basierte (unmanned aerial vehicle) Luftbilderfassung und terrestrische Bildaufnahmen, dGNSS-Messungen (differential global navigation satellite system), terrestrische Laserscans (TLS = terrestrisches Laserscanning), Bodenproben zur Bestimmung des Wassergehaltes, Grundwasserspiegelmessungen sowie Wetteraufzeichnungen. In dieser Arbeit wird untersucht, welche der fernerkundlichen und geodätischen Verfahren und welche abgeleiteten Parameter sich eignen, um Rückschlüsse auf das räumliche und zeitliche Auftreten von Slidequakes und Tremorsequenzen zu ziehen. Dabei bildet die Auswertung und Analyse von sehr hochauflösenden multitemporalen UAV-basierten Luftbildern sowie terrestrischen Bildsequenzen, multitemporalen rasterförmigen dGNSS-Messungen und terrestrischen Laserscans die wichtigste Datengrundlage. Im Vordergrund standen dabei die Ableitung präziser Bewegungsraten und die Quantifizierung der Rissentwicklungsprozesse sowie oberflächlicher Änderungen infolge der Hangdynamik. Aufbauend auf der multitemporalen Verschiebungsanalyse ist ein Schwerpunkt die Strainanalyse, bei der aus zeitlich und räumlich heterogenen Geschwindigkeitsvektorfeldern von dGNSS- und TLS-Messungen die oberflächlichen Deformationsraten abgeleitet werden. Die Strainratenfelder visualisieren Bereiche mit unterschiedlichen Mustern von räumlich variabler Extension und Kompression als auch Scherungsraten von Teilgebieten und weisen auf variable Spannungsänderungen hin. Aus geodätischen Beobachtungen Informationen über die Krustendeformation abzuleiten fand bereits in den 1930er Anwendung und seit den 1990ern werden zunehmend die Seismizität und geodätische Strainraten aus GNSS-Messungen z.B. für Italien, Türkei, Kalifornien und Iran zur seismischen Gefährdungsabschätzung kombiniert. Daher lag der Versuch nahe, diese Anwendungen und Beobachtungen der Krustendeformation auf den um mehr als 1000-fach kleinskaligeren Bereich von Lockergesteinsrutschungen zu übertragen und zu diskutieren. Basierend auf den dGNSS- und TLS-Messungen wurden durchschnittliche Geschwindigkeitsfelder für einen Messzeitraum von 50 Tagen abgeleitet, der für dGNSS in vier Zeitabschnitte unterteilt wurde. Die TLS-basierten Geschwindigkeitsfelder wurden durch die Anwendung des digitalen Bildkorrelations-Algorithmus COSI-Cor von Leprince et al. (2007) auf den abgeleiteten Schummerkarten ermittelt. Aufgrund der geringen Verschiebungen von etwa 30 cm für die 50 Tage und den Fehlern bei der Mosaikbildung und Co-Registrierung, war nur der Vergleich der Scans zu Beginn und Ende der Messkampagne aussagekräftig. Der Vergleich zwischen den 2D- und 3D-dGNSS-Messungen ergab eine durchschnittliche Abweichung von 0,04 cm/Tag. Da diese vernachlässigbar ist, können sich zur einfacheren Handhabung alle nachfolgenden Analysen auf die horizontalen Verschiebungen und Geschwindigkeiten beschränken. Die Analyse zeigte, dass sich der östliche 5° steilere Messbereich mit durchschnittlich 0,5 cm/Tag und der westliche Bereich mit 0,3 cm/Tag bewegte. Zwischen der zweiten und vierten Woche ist eine deutliche Beschleunigung, besonders im östlichen Bereich, erkennbar. Aus den UAV-basierten und aus den terrestrischen Bildsequenzen wurden mittels des Structure-from-Motion-Prozess (SfM) Bundler von Snavely et al. (2006) und Multi-View-Stereo (MVS) Algorithmus PMVS2 von Furukawa und Ponce (2007) sehr hochauflösende (mm-cm Punktabstand) 3D-Punktwolken rekonstruiert. Die Abweichungen aus dem Vergleich in vertikaler Richtung, die mit einer zeitkorrespondierenden TLS-Punktwolke ermittelt wurden, betrugen zwischen 8 und 17 cm. Folglich konnten die 3D-Punktwolken aufgrund der geringen Verschiebungen nicht zur Kinematikanalyse herangezogen werden. Aus den UAV-basierten Luftbildern wurden differenziell entzerrte Orthophotomosaike von 40 Tagen basierend auf Softwareskripten von Niethammer (2013) mit einer geometrischen Auflösung (GSD = ground resolution distance) von 2 cm erstellt. Durch die multitemporale Bildanalyse der UAV-basierten Orthophotomosaike und terrestrischen Bilder konnten Felsstürze und aktive sekundäre Rutschungen identifiziert werden. Zudem ließ sich die Entstehung oder Öffnung einiger Risse besonders im östlichen Bereich bei dem freiliegenden Festgesteinskamm beobachten. Allerdings gestaltete sich die Risskartierung aufgrund einer zweiwöchigen niederschlagsreichen Periode, die Sedimentumlagerungen und Rissverfüllung zur Folge hatte, sehr schwierig. 46 rutschungsinduzierte seismische Ereignisse im Messgebiet, welche aufgrund von Noise, anthropogenen, elektrischen und anderen umweltinduzierten Störsignalen nicht einfach zu identifizieren und klassifizieren sind, wurden von Dr. Naomi Vouillamoz (Institut für Geophysik, Universität Stuttgart) ausgewertet. Diese treten häufig in Clustern auf. Der Vergleich mit Grundwasserspiegel, Kinematik und den Strainratenfeldern ergab, dass diese häufig am Anfang eines Grundwasserspiegelanstieges auftreten. Dabei nimmt die Stärke der Ereignisse mit der Zeit ab. In der Regel treten alle rutschungsinduzierten Ereignisse in Bereichen mit erhöhter seismischer Momentenrate auf, die nach Savage und Simpson (1997) aus den geodätischen Beobachtungen abgeleitet wurde. Zudem treten die meisten Ereignisse dort auf, wo eine zeitliche Änderung der Strainraten erkennbar ist. Besonders die Slidequakes treten häufig in Extensionszonen auf, die zeitlich in ein heterogenes Deformationsmuster von Kompression und Extension übergehen. Diese lokalen Deformationsmuster könnten sich für die Ableitung einer schematischen Herdflächenlösung eignen. Die Mehrheit der Tremore wird in Bereichen mit erhöhten Scherungsraten beobachtet, was die These stützt, dass diese entweder auf den Gleitflächen oder durch die Scherrisse generiert werden. Eine exakte Zuordnung der verschiedenen seismischen Signaltypen zu Quellen und Quellprozessen konnte bislang nicht verifiziert werden und bleibt weiterhin ein zukünftiger Forschungspunkt.Item Open Access Wasserinfiltration in die ungesättigte Zone eines makroporösen Hanges und deren Einfluss auf die Hangstabilität(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2016) Germer, Kai; Bárdossy, András (Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing.)Hangrutschungen stellen in besiedelten Regionen eine große Gefahr dar, weil nicht selten direkt bewohnte Bereiche betroffen sind. Aber auch die Rutschungsauswirkungen auf die Infrastruktur wie Verkehrswege und Versorgungseinrichtungen können der Gesellschaft Schaden zufügen. Zum einen ergibt sich im Zusammenhang mit Hangrutschungen und allgemein Massenbewegungen das Betätigungsfeld der direkten Stabilisierung und Verhinderung von Rutschungen durch beispielsweise Tiefdrainagen und aufwendige ingenieursbauliche Maßnahmen. Zum anderen, und das ist Gegenstand dieser Arbeit, ergibt sich das Tätigkeitsfeld der grundlagenorientierten Forschung, um die Prozesse, die zu Hangrutschungen führen, besser verstehen zu können. Mit dem Heumöser Hang in Österreich (Vorarlberg), einem sich sehr langsam bewegenden Großhang (Kriechhang), liegt ein Untersuchungsobjekt vor, an dem vielfältige hydrologische Prozesse stattfinden, die schon über mehrere Jahre hinweg untersucht wurden. Die Untersuchungen resultierten in der Hypothese, dass sich am Heumöser Hang entwickelnder Makroporenfluss zu schnellen hydraulischen Veränderungen im Innern des Hangkörpers führe. Die hydraulischen Veränderungen zeigen sich insbesondere in starken Porenwasserdruckanstiegen (unter anderem in einem gespannten Grundwasserleiter), die teilweise in der Tiefe des Hanges zu Auftriebskräften führen, die den Hang destabilisieren, so dass dieser sich schubweise insgesamt etwa ein bis zwei Dezimeter im Jahr talwärts bewegt. Zum Erarbeiten des Prozessverständnisses bezüglich des Zusammenhanges zwischen Infiltration und Hangstabilität wurden große Bodenproben vom Hang im Labor untersucht und Experimente an zwei technischen Modellen durchgeführt. Mit der vorgestellten Vorgehensweise und der Separierung der Untersuchungen und Experimente konnten für den Heumöser Hang relevante hydrologische und mechanische Teilaspekte erarbeitet werden, die verknüpft die Hangbewegungshypothese in weiten Teilen bestätigen können. Insbesondere bestätigten die Messungen an den originären Bodenproben vom Heumöser Hang, dass der Makroporenfluss so dominant sein kann, dass potentiell schneller Porenwasserdruckanstieg in der Tiefe erzeugt werden kann. Dennoch kann ein Makroporenfluss generell insbesondere bei trockenen Matrixbedingungen vermindert werden. Die Verminderung des Makroporenflusses wurde anhand von Experimenten mit Sand gezeigt. Der Prozess des Wassertransfers von Makropore zu umgebender Matrix ist im Sand sehr deutlich zu sehen. Darüber hinaus konnten bei Bodensäulen- und Bodenprobenexperimenten viele methodische Herangehensweisen getestet und verglichen werden. Weil im Vorfeld der Untersuchungen schon abgeschätzt wurde, dass nur mit größeren Proben eine für den Standort bessere Repräsentativität der Ergebnisse erhalten werden kann, wurde besonders viel Wert auf die Methodik der Großprobennahme gelegt. So ist in der vorgestellten Arbeit ein neuartiger Ansatz zur Großprobennahme entwickelt worden, bei dem die Proben ungestört frei gelegt wurden und mit Haushaltsfolie, Montageschaum und Außenmodulen eingehüllt wurden. Nur die Großprobennahme garantierte ein Mindestmaß an Erfassung von Heterogenitäten und Bodenstrukturen im Dezimeterbereich, wie z.B. Makroporen und Risse. Auch die laboratorischen Versuchsaufbauten zur Anwendung der Multi-Step-Outflow- und Evaporationsmethode an den Großproben wurden einmalig größenangepasst entwickelt.Item Open Access Experimental multi-scale characterization using micro X-ray computed tomography(Stuttgart : Institute of Applied Mechanics, 2023) Ruf, Matthias; Steeb, Holger (Prof. Dr.-Ing.)The effective mechanical and hydro-mechanical behavior of porous media, granular solids, and related materials with complex morphologies is intimately linked to their internal microstructure on the pore/grain scale. For microstructural characterization, transmission micro X-Ray Computed Tomography (µXRCT) has emerged as a crucial three-dimensional (3D) imaging technique that can provide structural information from the micrometer to centimeter scale. Due to its non-destructive nature, it can be excellently combined with time-dependent investigations, either ex situ or in situ. In particular, the possibility of coupling mechanical or hydro-mechanical characterization with µXRCT-based 3D imaging in situ allows many physical phenomena to be studied in more detail and consequently understood more comprehensively. For example, the microstructure evolution can be observed under various controlled boundary conditions and linked to measured effective quantities. New insights and improved understanding can ultimately positively influence modeling approaches. In order to be able to perform such multi-scale studies, a modular, open, and versatile lab-based µXRCT system was developed within the scope of this work. It provides a spatial resolution of down to less than 10 µm. The developed system has an integrated universal testing machine that enables in situ compressive, tensile, and torsional studies as well as their combinations, parallel or sequential. Furthermore, hydro-mechanical coupled phenomena can be investigated using appropriate equipment, such as triaxial flow cells. Thanks to the open and modular concept, the developed system can be used in the future for a wide variety of multiphysics research questions and can be considered as an open experimental platform. Employing the established system, various multi-scale phenomena from different material classes are motivated and partly investigated in more detail within this work. For this purpose, classical experimental characterization methods are combined with µXRCT-based 3D imaging ex situ as well as in situ. Among others, 3D imaging is combined with ultrasound wave propagation measurements to investigate the influence of artificially generated crack networks in Carrara marble by different thermal treatment protocols. Load-sequence effects are demonstrated on an open-cell foam sample. An in situ workflow is shown to investigate the not-well-understood effective stiffness behavior of biphasic monodisperse granular packings of stiff and soft particles of different volume fractions at different stress states. The fracturing of a rock sample in a triaxial flow cell shows possibilities of application in the context of fracture mechanics. All resulting data sets, including metadata, are available via the Data Repository of the University of Stuttgart (DaRUS).Item Open Access Spatiotemporal change detection based on persistent scatterer interferometry : a case study of monitoring urban area(2019) Yang, Chia-Hsiang; Sörgel, Uwe (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Understanding the limitations of Sentinel-3 inland altimetry through validation over the Rhine River(2022) Schneider, Nicholas M.Satellite altimetry is developing into one of the most powerful measurement techniques for long-term water body monitoring thanks to its high spatial resolution and its increasing level of precision. Although the principle of satellite altimetry is very straightforward, the retrieval of correct water levels remains rather difficult due to various factors. Waveform retracking is an approach to optimize the initially determined range between the satellite and the water body on Earth by exploiting the information within the power-signal of the returned radar pulse to the altimeter. Several so-called retrackers have been designed to this end, yet remain one of the most open study areas in satellite altimetry due to their crucial role they play in water level retrieval. Moreover, geophysical properties of the stratified atmosphere and the target on Earth have an effect on the travel time of the transmitted radar pulse and can amount to severalmeters in range. In this study we provide an overall analysis of the performances of the retrackers dedicated to the Sentinel-3 mission and the applied geophysical corrections. For this matter, we focus on nine different locations within the Rhine River basin where locally gauged data is available to validate the Sentinel-3 level-2 products. Furthermore, we present a reverse retracking approach in the sense that we use the given in-situ data to determine the offset to each altimetry-derived measurement of every epoch. Under the assumption that these offsets are legitimate, they can be seen as an a-posteriori correction which we project onto the range and thus on a waveform level. Further analyses consist in the investigation of the relationship these a-posteriori corrections have to the waveform properties of the same epoch. Later, the question whether the a-posteriori corrections to the initial retracking gates are appropriate for the retrieval of correct water levels, drives us to assign a probability to each and every bin of the waveform. Following this idea, we design stochastic-based retrackers which determine the retracking gate for water level retrieval from the bin with the highest probability assigned to it. To distribute the probabilities across all bins of the waveform, we consider three empirical approaches that take both the waveform itself and its first derivative into account: Addition, multiplication and maximum of both signals. For all three of the new retrackers, we generate the water level timeseries over the aforementioned sites and validate them against in-situ data and the retrackers dedicated to the Sentinel-3 mission.Item Open Access The role of retardation, attachment and detachment processes during microbial coal-bed methane production after organic amendment(2020) Emmert, Simon; Davis, Katherine; Gerlach, Robin; Class, HolgerMicrobially enhanced coal-bed methane could allow for a more sustainable method of harvesting methane from un-mineable coaldbeds. The model presented here is based on a previously validated batch model; however, this model system is based on upflow reactor columns compared to previous experiments and now includes flow, transport and reactions of amendment as well as intermediate products. The model implements filtration and retardation effects, biofilm decay, and attachment and detachment processes of microbial cells due to shear stress. The model provides additional insights into processes that cannot be easily observed in experiments. This study improves the understanding of complex and strongly interacting processes involved in microbially enhanced coal-bed methane production and provides a powerful tool able to model the entire process of enhancing methane production and transport during microbial stimulation.Item Open Access Earthquake location by distinct constraints for sparse and doubtful data(2018) Eisermann, Andreas Samuel; Joswig, Manfred (Prof. Dr. rer. nat.)Earthquakes affected mankind since the days of old, claiming more human casualties than any other nature catastrophe. The determination of the hypocenter location displays one of the key subjects of seismology. Today’s standard approaches provide for trustable location estimates - given a large amount of stations with high quality data and proper assumptions about the sub-surface velocity structure. The same approaches fail, however, when this amount of stations and quality of data is not given, e.g. in the mapping of seismically active zones using low magnitude events: Here, only few stations detect the signals that sometimes barely exceed the noise level. Seismic phases appear hence unclear, rendering the information of arrival times doubtful. Another example are real-time location schemes (e.g. in Earthquake Early Warning Systems): Here, events need to be evaluated and located within fractions of seconds without knowledge of the complete waveform, and data available only from the first few stations that already detected. The objective of this thesis lies in a methodological development that provides for more accurate single event locations in the context of sparse and doubtful data. The less data is available the more the location estimate is determined and affected by the individual datum, its uncertainties and errors. The method of choice must therefore be outlier-resistant (e.g. ignore false picks) and incorporate all parameter uncertainties. When data is few, solutions may further be ambiguous (not due to errors in the input parameters, being exact solutions to a set of even ideal arrival times), meaningly: Multiple, significantly separated location candidates may exist. Also, models are usually only rough and simplified representations of the subsurface structure and will often not explain the observed data well enough. Today's standard approaches often disregard the corresponding uncertainties and, hence, often displace the hypocenter significantly to the true location - outside of the assumed error margins. Mislocations in earthquake early warning or forensic seismology may have far-reaching implications for society and on the political level. This thesis provides therefore a novel location methodology that incorporates the important uncertainties, naturally disregards outliers and thereby leads to robust hypocenter estimates. The work presented builds on the concept of (graphical) jackknifing, which contrary to most of today's standard approaches doesn't attempt to minimize the error in the over-determined system directly, but decomposes the system first into exactly- or even under-determined subsystems. This results in distinct location constraints that are based on arrival time differences between two- or three phases, only. Each constraint identifies a subset of space as possible hypocenter region. The combination of multiple constraints consecutively constrains the final hypocenter region. Since a single constraint relies on a minimum amount of phase onsets, only, solution discrepancies can be traced back to the individual phase data, which allows the data base (e.g. outliers) to be re-evaluated. The global solution is finally recomposed based on the sub-solutions deemed trustworthy, which provides robust and outlier resistant solutions. This concept is built on, supporting for three dimensional station layouts, complex velocity models and a volumetric computation, which render this approach suitable for a wide class of modern applications. A real-time methodology that regards uncertainties in phase picks, phase types and model parameters provides for robust and accurate locations when data is uncertain and sparse. New constraints are introduced, which allow to resolve ambiguities and provide for faster hypocenter and magnitude estimates in Earthquake Early Warning. A new direct search scheme is developed that integrates constraint probabilities over grid cells, which ensures the identification of sharp hypocenter regions independent of the grid's resolution, satisfying the demand for a complete search. The improvement in location quality is demonstrated using several examples ranging from gas-field low-magnitude event monitoring, forensic seismology to examples of real-time locations in Earthquake Early Warning.