TY - CHAP A1 - Wittig, M. A1 - Rütters, René A1 - Bragard, Michael ED - Reiff-Stephan, Jörg ED - Jäkel, Jens ED - Schwarz, André T1 - Application of RL in control systems using the example of a rotatory inverted pendulum T2 - Tagungsband AALE 2024 : Fit für die Zukunft: praktische Lösungen für die industrielle Automation N2 - In this paper, the use of reinforcement learning (RL) in control systems is investigated using a rotatory inverted pendulum as an example. The control behavior of an RL controller is compared to that of traditional LQR and MPC controllers. This is done by evaluating their behavior under optimal conditions, their disturbance behavior, their robustness and their development process. All the investigated controllers are developed using MATLAB and the Simulink simulation environment and later deployed to a real pendulum model powered by a Raspberry Pi. The RL algorithm used is Proximal Policy Optimization (PPO). The LQR controller exhibits an easy development process, an average to good control behavior and average to good robustness. A linear MPC controller could show excellent results under optimal operating conditions. However, when subjected to disturbances or deviations from the equilibrium point, it showed poor performance and sometimes instable behavior. Employing a nonlinear MPC Controller in real time was not possible due to the high computational effort involved. The RL controller exhibits by far the most versatile and robust control behavior. When operated in the simulation environment, it achieved a high control accuracy. When employed in the real system, however, it only shows average accuracy and a significantly greater performance loss compared to the simulation than the traditional controllers. With MATLAB, it is not yet possible to directly post-train the RL controller on the Raspberry Pi, which is an obstacle to the practical application of RL in a prototyping or teaching setting. Nevertheless, RL in general proves to be a flexible and powerful control method, which is well suited for complex or nonlinear systems where traditional controllers struggle. KW - Rotatory Inverted Pendulum KW - MPC KW - LQR KW - PPO KW - Reinforcement Learning Y1 - 2024 SN - 978-3-910103-02-3 U6 - https://doi.org/10.33968/2024.53 N1 - 20. AALE-Konferenz. Bielefeld, 06.03.-08.03.2024. (Tagungsband unter https://doi.org/10.33968/2024.29) SP - 241 EP - 248 PB - le-tex publishing services GmbH CY - Leipzig ER - TY - CHAP A1 - Altherr, Lena A1 - Döring, Bernd A1 - Frauenrath, Tobias A1 - Groß, Rolf A1 - Mohan, Nijanthan A1 - Oyen, Marc A1 - Schnittcher, Lukas A1 - Voß, Norbert ED - Reiff-Stephan, Jörg ED - Jäkel, Jens ED - Schwarz, André T1 - DiggiTwin: ein interdisziplinäres Projekt zur Nutzung digitaler Zwillinge auf dem Weg zu einem klimaneutralen Gebäudebestand T2 - Tagungsband AALE 2024 : Fit für die Zukunft: praktische Lösungen für die industrielle Automation N2 - Im Hinblick auf die Klimaziele der Bundesrepublik Deutschland konzentriert sich das Projekt Diggi Twin auf die nachhaltige Gebäudeoptimierung. Grundlage für eine ganzheitliche Gebäudeüberwachung und -optimierung bildet dabei die Digitalisierung und Automation im Sinne eines Smart Buildings. Das interdisziplinäre Projekt der FH Aachen hat das Ziel, ein bestehendes Hochschulgebäude und einen Neubau an klimaneutrale Standards anzupassen. Im Rahmen des Projekts werden bekannte Verfahren, wie das Building Information Modeling (BIM), so erweitert, dass ein digitaler Gebäudezwilling entsteht. Dieser kann zur Optimierung des Gebäudebetriebs herangezogen werden, sowie als Basis für eine Erweiterung des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen (BNB) dienen. Mithilfe von Sensortechnologie und künstlicher Intelligenz kann so ein präzises Monitoring wichtiger Gebäudedaten erfolgen, um ungenutzte Energieeinsparpotenziale zu erkennen und zu nutzen. Das Projekt erforscht und setzt methodische Erkenntnisse zu BIM und digitalen Gebäudezwillingen praxisnah um, indem es spezifische Fragen zur Energie- und Ressourceneffizienz von Gebäuden untersucht und konkrete Lösungen für die Gebäudeoptimierung entwickelt. KW - Anomalieerkennung KW - IoT KW - Überwachung & Optimierung KW - DiggiTwin KW - BIM KW - Smart Building KW - Digitalisierung Y1 - 2024 SN - 978-3-910103-02-3 U6 - https://doi.org/10.33968/2024.67 N1 - 20. AALE-Konferenz. Bielefeld, 06.03.-08.03.2024 (Tagungsband unter https://doi.org/10.33968/2024.29) SP - 341 EP - 346 PB - le-tex publishing services GmbH CY - Leipzig ER - TY - JOUR A1 - Engelmann, Ulrich M. A1 - Simsek, Beril A1 - Shalaby, Ahmed A1 - Krause, Hans-Joachim T1 - Key contributors to signal generation in frequency mixing magnetic detection (FMMD): an in silico study JF - Sensors N2 - Frequency mixing magnetic detection (FMMD) is a sensitive and selective technique to detect magnetic nanoparticles (MNPs) serving as probes for binding biological targets. Its principle relies on the nonlinear magnetic relaxation dynamics of a particle ensemble interacting with a dual frequency external magnetic field. In order to increase its sensitivity, lower its limit of detection and overall improve its applicability in biosensing, matching combinations of external field parameters and internal particle properties are being sought to advance FMMD. In this study, we systematically probe the aforementioned interaction with coupled Néel–Brownian dynamic relaxation simulations to examine how key MNP properties as well as applied field parameters affect the frequency mixing signal generation. It is found that the core size of MNPs dominates their nonlinear magnetic response, with the strongest contributions from the largest particles. The drive field amplitude dominates the shape of the field-dependent response, whereas effective anisotropy and hydrodynamic size of the particles only weakly influence the signal generation in FMMD. For tailoring the MNP properties and parameters of the setup towards optimal FMMD signal generation, our findings suggest choosing large particles of core sizes dc > 25 nm nm with narrow size distributions (σ < 0.1) to minimize the required drive field amplitude. This allows potential improvements of FMMD as a stand-alone application, as well as advances in magnetic particle imaging, hyperthermia and magnetic immunoassays. KW - key performance indicators KW - magnetic biosensing KW - coupled Néel–Brownian relaxation dynamics KW - frequency mixing magnetic detection KW - magnetic relaxation KW - micromagnetic simulation KW - magnetic nanoparticles Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3390/s24061945 SN - 1424-8220 N1 - This article belongs to the Special Issue "Advances in Magnetic Sensors and Their Applications" VL - 24 IS - 6 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Zhen, Manghao A1 - Liang, Yunpei A1 - Staat, Manfred A1 - Li, Quanqui A1 - Li, Jianbo T1 - Discontinuous fracture behaviors and constitutive model of sandstone specimens containing non-parallel prefabricated fissures under uniaxial compression JF - Theoretical and Applied Fracture Mechanics N2 - The deformation and damage laws of non-homogeneous irregular structural planes in rocks are the basis for studying the stability of rock engineering. To investigate the damage characteristics of rock containing non-parallel fissures, uniaxial compression tests and numerical simulations were conducted on sandstone specimens containing three non-parallel fissures inclined at 0°, 45° and 90° in this study. The characteristics of crack initiation and crack evolution of fissures with different inclinations were analyzed. A constitutive model for the discontinuous fractures of fissured sandstone was proposed. The results show that the fracture behaviors of fissured sandstone specimens are discontinuous. The stress–strain curves are non-smooth and can be divided into nonlinear crack closure stage, linear elastic stage, plastic stage and brittle failure stage, of which the plastic stage contains discontinuous stress drops. During the uniaxial compression test, the middle or ends of 0° fissures were the first to crack compared to 45° and 90° fissures. The end with small distance between 0° and 45° fissures cracked first, and the end with large distance cracked later. After the final failure, 0° fissures in all specimens were fractured, while 45° and 90° fissures were not necessarily fractured. Numerical simulation results show that the concentration of compressive stress at the tips of 0°, 45° and 90° fissures, as well as the concentration of tensile stress on both sides, decreased with the increase of the inclination angle. A constitutive model for the discontinuous fractures of fissured sandstone specimens was derived by combining the logistic model and damage mechanic theory. This model can well describe the discontinuous drops of stress and agrees well with the whole processes of the stress–strain curves of the fissured sandstone specimens. KW - Constitutive model KW - Damage mechanics theory KW - Discontinuous fractures KW - Uniaxial compression test KW - Non-parallel fissures Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2024.104373 SN - 0167-8442 VL - 131 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - CHAP A1 - Zahra, Mahdi A1 - Phani Srujan, Merige A1 - Caminos, Ricardo Alexander Chico A1 - Schmitz, Pascal A1 - Herrmann, Ulf A1 - Teixeira Boura, Cristiano José A1 - Schmitz, Mark A1 - Gielen, Hans A1 - Gedle, Yibekal A1 - Dersch, Jürgen T1 - Modeling the thermal behavior of solar salt in electrical resistance heaters for the application in PV-CSP hybrid power plants T2 - SOLARPACES 2020 N2 - Concentrated Solar Power (CSP) systems are able to store energy cost-effectively in their integrated thermal energy storage (TES). By intelligently combining Photovoltaics (PV) systems with CSP, a further cost reduction of solar power plants is expected, as well as an increase in dispatchability and flexibility of power generation. PV-powered Resistance Heaters (RH) can be deployed to raise the temperature of the molten salt hot storage from 385 °C up to 565 °C in a Parabolic Trough Collector (PTC) plant. To avoid freezing and decomposition of molten salt, the temperature distribution in the electrical resistance heater is investigated in the present study. For this purpose, a RH has been modeled and CFD simulations have been performed. The simulation results show that the hottest regions occur on the electric rod surface behind the last baffle. A technical optimization was performed by adjusting three parameters: Shell-baffle clearance, electric rod-baffle clearance and number of baffles. After the technical optimization was carried out, the temperature difference between the maximum temperature and the average outlet temperature of the salt is within the acceptable limits, thus critical salt decomposition has been avoided. Additionally, the CFD simulations results were analyzed and compared with results obtained with a one-dimensional model in Modelica. KW - Solar thermal technologies KW - Hybrid energy system KW - Concentrated solar power KW - Energy storage KW - Photovoltaics Y1 - 2022 SN - 978-0-7354-4195-8 U6 - https://doi.org/10.1063/5.0086268 SN - 1551-7616 (online) SN - 0094-243X (print) N1 - SOLARPACES 2020: 26th International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, 28 September–2 October 2020, Freiburg, Germany IS - 2445 / 1 PB - AIP conference proceedings / American Institute of Physics CY - Melville, NY ER - TY - CHAP A1 - Caminos, Ricardo Alexander Chico A1 - Schmitz, Pascal A1 - Atti, Vikrama A1 - Mahdi, Zahra A1 - Teixeira Boura, Cristiano José A1 - Sattler, Johannes Christoph A1 - Herrmann, Ulf A1 - Hilger, Patrick A1 - Dieckmann, Simon T1 - Development of a micro heliostat and optical qualification assessment with a 3D laser scanning method T2 - SOLARPACES 2020 N2 - The Solar-Institut Jülich (SIJ) and the companies Hilger GmbH and Heliokon GmbH from Germany have developed a small-scale cost-effective heliostat, called “micro heliostat”. Micro heliostats can be deployed in small-scale concentrated solar power (CSP) plants to concentrate the sun's radiation for electricity generation, space or domestic water heating or industrial process heat. In contrast to conventional heliostats, the special feature of a micro heliostat is that it consists of dozens of parallel-moving, interconnected, rotatable mirror facets. The mirror facets array is fixed inside a box-shaped module and is protected from weathering and wind forces by a transparent glass cover. The choice of the building materials for the box, tracking mechanism and mirrors is largely dependent on the selected production process and the intended application of the micro heliostat. Special attention was paid to the material of the tracking mechanism as this has a direct influence on the accuracy of the micro heliostat. The choice of materials for the mirror support structure and the tracking mechanism is made in favor of plastic molded parts. A qualification assessment method has been developed by the SIJ in which a 3D laser scanner is used in combination with a coordinate measuring machine (CMM). For the validation of this assessment method, a single mirror facet was scanned and the slope deviation was computed. KW - Concentrated solar power KW - Electricity generation KW - Measuring instruments KW - Heliostats KW - Global change Y1 - 2022 SN - 978-0-7354-4195-8 U6 - https://doi.org/10.1063/5.0086262 SN - 1551-7616 (online) SN - 0094-243X (print) N1 - SOLARPACES 2020: 26th International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, 28 September–2 October 2020, Freiburg, Germany IS - 2445 / 1 PB - AIP conference proceedings / American Institute of Physics CY - Melville, NY ER - TY - CHAP A1 - Niederwestberg, Stefan A1 - Schneider, Falko A1 - Teixeira Boura, Cristiano José A1 - Herrmann, Ulf T1 - Introduction to a direct irradiated transparent tube particle receiver T2 - SOLARPACES 2020 N2 - New materials often lead to innovations and advantages in technical applications. This also applies to the particle receiver proposed in this work that deploys high-temperature and scratch resistant transparent ceramics. With this receiver design, particles are heated through direct-contact concentrated solar irradiance while flowing downwards through tubular transparent ceramics from top to bottom. In this paper, the developed particle receiver as well as advantages and disadvantages are described. Investigations on the particle heat-up characteristics from solar irradiance were carried out with DEM simulations which indicate that particle temperatures can reach up to 1200 K. Additionally, a simulation model was set up for investigating the dynamic behavior. A test receiver at laboratory scale has been designed and is currently being built. In upcoming tests, the receiver test rig will be used to validate the simulation results. The design and the measurement equipment is described in this work. KW - Solar irradiance KW - Ceramics Y1 - 2022 SN - 978-0-7354-4195-8 U6 - https://doi.org/10.1063/5.0086735 SN - 1551-7616 (online) SN - 0094-243X (print) N1 - SOLARPACES 2020: 26th International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, 28 September–2 October 2020, Freiburg, Germany IS - 2445 / 1 PB - AIP conference proceedings / American Institute of Physics CY - Melville, NY ER - TY - CHAP A1 - Neumann, Hannah A1 - Adam, Mario A1 - Backes, Klaus A1 - Börner, Martin A1 - Clees, Tanja A1 - Doetsch, Christian A1 - Glaeser, Susanne A1 - Herrmann, Ulf A1 - May, Johanna A1 - Rosenthal, Florian A1 - Sauer, Dirk Uwe A1 - Stadler, Ingo T1 - Development of open educational resources for renewable energy and the energy transition process T2 - ISES SWC 2021 N2 - The dissemination of knowledge about renewable energies is understood as a social task with the highest topicality. The transfer of teaching content on renewable energies into digital open educational resources offers the opportunity to significantly accelerate the implementation of the energy transition. Thus, in the here presented project six German universities create open educational resources for the energy transition. These materials are available to the public on the internet under a free license. So far there has been no publicly accessible, editable media that cover entire learning units about renewable energies extensively and in high technical quality. Thus, in this project, the content that remains up-to-date for a longer period is appropriately prepared in terms of media didactics. The materials enable lecturers to provide students with in-depth training about technologies for the energy transition. In a particular way, the created material is also suitable for making the general public knowledgeable about the energy transition with scientifically based material. KW - energy transition KW - renewable energies KW - open educational resources KW - dissemination KW - digitalization Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.18086/swc.2021.47.03 N1 - ISES Solar World Congress, virtual conference 25-29 October 2021 PB - International Solar Energy Society CY - Freiburg ER - TY - PAT A1 - Hüning, Felix T1 - Positionssensorvorrichtung N2 - Die Erfindung betrifft eine Positionssensorvorrichtung zur Bestimmung einer Absolutposition eines beweglichen ersten Teils relativ zu einem ortsfesten zweiten Teil mit einem mit dem beweglichen ersten Teil gekoppelter Codekörper, der dazu eingerichtet ist, eine Codespur mit einer Mehrzahl von in Spurrichtung aufeinanderfolgenden Codeelementen zu enthalten zur Bildung eines Codewortes, mit einer magnetischen Detektionseinrichtung zur Detektion der Codespur, wobei die Detektionseinrichtung zum einen an dem Codekörper befestigte und entlang der Spurrichtung in einem solchen Abstand gegenpolig zueinander angeordnete Permanentmagneten aufweist, dass der Abstand mit einer vorgegebenen Länge der jeweiligen Codeelemente übereinstimmt, und zum anderen eine Anzahl von ortsfest und quer zu dem Codekörper versetzt angeordnete Wiegandsensoren aufweist, wobei der Abstand des Wiegandsensors zu einer Erstreckungsebene der Permanentmagneten derart gewählt ist, dass bei Überdeckung des Wiegandsensors durch den Permanentmagneten ein Wiegandpuls in dem Wiegandsensor induziert wird. Y1 - 2024 ER - TY - CHAP A1 - Sattler, Johannes Christoph A1 - Schneider, Iesse Peer A1 - Angele, Florian A1 - Atti, Vikrama A1 - Teixeira Boura, Cristiano José A1 - Herrmann, Ulf T1 - Development of heliostat field calibration methods: Theory and experimental test results T2 - SolarPACES 2022 conference proceedings N2 - In this work, three patent pending calibration methods for heliostat fields of central receiver systems (CRS) developed by the Solar-Institut Jülich (SIJ) of the FH Aachen University of Applied Sciences are presented. The calibration methods can either operate in a combined mode or in stand-alone mode. The first calibration method, method A, foresees that a camera matrix is placed into the receiver plane where it is subjected to concentrated solar irradiance during a measurement process. The second calibration method, method B, uses an unmanned aerial vehicle (UAV) such as a quadrocopter to automatically fly into the reflected solar irradiance cross-section of one or more heliostats (two variants of method B were tested). The third calibration method, method C, foresees a stereo central camera or multiple stereo cameras installed e.g. on the solar tower whereby the orientations of the heliostats are calculated from the location detection of spherical red markers attached to the heliostats. The most accurate method is method A which has a mean accuracy of 0.17 mrad. The mean accuracy of method B variant 1 is 1.36 mrad and of variant 2 is 1.73 mrad. Method C has a mean accuracy of 15.07 mrad. For method B there is great potential regarding improving the measurement accuracy. For method C the collected data was not sufficient for determining whether or not there is potential for improving the accuracy. KW - Heliostat Field Calibration KW - Unmanned aerial vehicle KW - UAV KW - Quadrocopter KW - Camera system Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.52825/solarpaces.v1i.678 SN - 2751-9899 (online) N1 - SolarPACES 2022: 28th International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, 27-30 September, Albuquerque, NM, USA IS - 1 PB - TIB Open Publishing CY - Hannover ER - TY - CHAP A1 - Sattler, Johannes Christoph A1 - Atti, Vikrama A1 - Alexopoulos, Spiros A1 - Teixeira Boura, Cristiano José A1 - Herrmann, Ulf A1 - Dutta, Siddharth A1 - Kioutsioukis, Ioannis T1 - DNI forecast tool for the smart operation of a parabolic trough collector system with concrete thermal energy storage: Theory, results and outlook T2 - SolarPACES 2022 conference proceedings N2 - This work presents a basic forecast tool for predicting direct normal irradiance (DNI) in hourly resolution, which the Solar-Institut Jülich (SIJ) is developing within a research project. The DNI forecast data shall be used for a parabolic trough collector (PTC) system with a concrete thermal energy storage (C-TES) located at the company KEAN Soft Drinks Ltd in Limassol, Cyprus. On a daily basis, 24-hour DNI prediction data in hourly resolution shall be automatically produced using free or very low-cost weather forecast data as input. The purpose of the DNI forecast tool is to automatically transfer the DNI forecast data on a daily basis to a main control unit (MCU). The MCU automatically makes a smart decision on the operation mode of the PTC system such as steam production mode and/or C-TES charging mode. The DNI forecast tool was evaluated using historical data of measured DNI from an on-site weather station, which was compared to the DNI forecast data. The DNI forecast tool was tested using data from 56 days between January and March 2022, which included days with a strong variation in DNI due to cloud passages. For the evaluation of the DNI forecast reliability, three categories were created and the forecast data was sorted accordingly. The result was that the DNI forecast tool has a reliability of 71.4 % based on the tested days. The result fulfils SIJ’s aim to achieve a reliability of around 70 %, but SIJ aims to still improve the DNI forecast quality. KW - Direct normal irradiance forecast KW - DNI forecast KW - Parabolic trough collector KW - PTC KW - Thermal Energy Storage Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.52825/solarpaces.v1i.731 SN - 2751-9899 (online) N1 - SolarPACES 2022, 28th International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, 27-30 September, Albuquerque, NM, USA IS - 1 PB - TIB Open Publishing CY - Hannover ER - TY - CHAP A1 - Schwager, Christian A1 - Angele, Florian A1 - Nouri, Bijan A1 - Schwarzbözl, Peter A1 - Teixeira Boura, Cristiano José A1 - Herrmann, Ulf T1 - Impact of DNI forecast quality on performance prediction for a commercial scale solar tower: Application of nowcasting DNI maps to dynamic solar tower simulation T2 - SolarPACES 2022 conference proceedings N2 - Concerning current efforts to improve operational efficiency and to lower overall costs of concentrating solar power (CSP) plants with prediction-based algorithms, this study investigates the quality and uncertainty of nowcasting data regarding the implications for process predictions. DNI (direct normal irradiation) maps from an all-sky imager-based nowcasting system are applied to a dynamic prediction model coupled with ray tracing. The results underline the need for high-resolution DNI maps in order to predict net yield and receiver outlet temperature realistically. Furthermore, based on a statistical uncertainty analysis, a correlation is developed, which allows for predicting the uncertainty of the net power prediction based on the corresponding DNI forecast uncertainty. However, the study reveals significant prediction errors and the demand for further improvement in the accuracy at which local shadings are forecasted. KW - Process prediction KW - DNI forecasting KW - Nowcasting KW - Uncertainty analysis KW - Molten salt receiver system, Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.52825/solarpaces.v1i.675 SN - 2751-9899 (online) N1 - SolarPACES 2022, 28th International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, 27-30 September, Albuquerque, NM, USA IS - 1 PB - TIB Open Publishing CY - Hannover ER - TY - CHAP A1 - Schulte, Jonas A1 - Schwager, Christian A1 - Frantz, Cathy A1 - Schloms, Felix A1 - Teixeira Boura, Cristiano José A1 - Herrmann, Ulf T1 - Control concept for a molten salt receiver in star design: Development, optimization and testing with cloud passage scenarios T2 - SolarPACES 2022 conference proceedings N2 - A promising approach to reduce the system costs of molten salt solar receivers is to enable the irradiation of the absorber tubes on both sides. The star design is an innovative receiver design, pursuing this approach. The unconventional design leads to new challenges in controlling the system. This paper presents a control concept for a molten salt receiver system in star design. The control parameters are optimized in a defined test cycle by minimizing a cost function. The control concept is tested in realistic cloud passage scenarios based on real weather data. During these tests, the control system showed no sign of unstable behavior, but to perform sufficiently in every scenario further research and development like integrating Model Predictive Controls (MPCs) need to be done. The presented concept is a starting point to do so. KW - Molten salt receiver KW - Star design KW - Control optimization KW - Cloud passages Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.52825/solarpaces.v1i.693 SN - 2751-9899 (online) N1 - SolarPACES 2022, 28th International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, 27-30 September, Albuquerque, NM, USA IS - 1 PB - TIB Open Publishing CY - Hannover ER - TY - INPR A1 - Grieger, Niklas A1 - Mehrkanoon, Siamak A1 - Bialonski, Stephan T1 - Preprint: Data-efficient sleep staging with synthetic time series pretraining T2 - arXiv N2 - Analyzing electroencephalographic (EEG) time series can be challenging, especially with deep neural networks, due to the large variability among human subjects and often small datasets. To address these challenges, various strategies, such as self-supervised learning, have been suggested, but they typically rely on extensive empirical datasets. Inspired by recent advances in computer vision, we propose a pretraining task termed "frequency pretraining" to pretrain a neural network for sleep staging by predicting the frequency content of randomly generated synthetic time series. Our experiments demonstrate that our method surpasses fully supervised learning in scenarios with limited data and few subjects, and matches its performance in regimes with many subjects. Furthermore, our results underline the relevance of frequency information for sleep stage scoring, while also demonstrating that deep neural networks utilize information beyond frequencies to enhance sleep staging performance, which is consistent with previous research. We anticipate that our approach will be advantageous across a broad spectrum of applications where EEG data is limited or derived from a small number of subjects, including the domain of brain-computer interfaces. Y1 - 2024 ER - TY - CHAP A1 - Lahrs, Lennart A1 - Krisam, Pierre A1 - Herrmann, Ulf T1 - Envisioning a collaborative energy system planning platform for the energy transition at the district level T2 - ECOS 2023. The 36th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems N2 - Residential and commercial buildings account for more than one-third of global energy-related greenhouse gas emissions. Integrated multi-energy systems at the district level are a promising way to reduce greenhouse gas emissions by exploiting economies of scale and synergies between energy sources. Planning district energy systems comes with many challenges in an ever-changing environment. Computational modelling established itself as the state-of-the-art method for district energy system planning. Unfortunately, it is still cumbersome to combine standalone models to generate insights that surpass their original purpose. Ideally, planning processes could be solved by using modular tools that easily incorporate the variety of competing and complementing computational models. Our contribution is a vision for a collaborative development and application platform for multi-energy system planning tools at the district level. We present challenges of district energy system planning identified in the literature and evaluate whether this platform can help to overcome these challenges. Further, we propose a toolkit that represents the core technical elements of the platform. Lastly, we discuss community management and its relevance for the success of projects with collaboration and knowledge sharing at their core. KW - Energy system planning KW - District energy planning platform KW - District data model KW - Renewable energy integration Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.52202/069564-0284 N1 - ECOS 2023. The 36th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems, 25-30 JUNE, 2023, Las Palmas de Gran Canaria, Spain SP - 3163 EP - 3170 PB - Procedings of ECOS 2023 ER - TY - CHAP A1 - Schulte, Jonas A1 - Schwager, Christian A1 - Noureldin, Kareem A1 - May, Martin A1 - Teixeira Boura, Cristiano José A1 - Herrmann, Ulf T1 - Gradient controlled startup procedure of a molten-salt power-to-heat energy storage plant based on dynamic process simulation T2 - SolarPACES: Solar Power & Chemical Energy Systems N2 - The integration of high temperature thermal energy storages into existing conventional power plants can help to reduce the CO2 emissions of those plants and lead to lower capital expenditures for building energy storage systems, due to the use of synergy effects [1]. One possibility to implement that, is a molten salt storage system with a powerful power-to-heat unit. This paper presents two possible control concepts for the startup of the charging system of such a facility. The procedures are implemented in a detailed dynamic process model. The performance and safety regarding the film temperatures at heat transmitting surfaces are investigated in the process simulations. To improve the accuracy in predicting the film temperatures, CFD simulations of the electrical heater are carried out and the results are merged with the dynamic model. The results show that both investigated control concepts are safe regarding the temperature limits. The gradient controlled startup performed better than the temperature-controlled startup. Nevertheless, there are several uncertainties that need to be investigated further. KW - Power plants KW - Energy storage KW - Associated liquids Y1 - 2023 SN - 978-0-7354-4623-6 U6 - https://doi.org/10.1063/5.0148741 SN - 1551-7616 (online) SN - 0094-243X (print) N1 - SolarPACES: SOLAR POWER & CHEMICAL ENERGY SYSTEMS: 27th International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, 27 September–1 October 2021, Online IS - 2815 / 1 PB - AIP conference proceedings / American Institute of Physics CY - Melville, NY ER - TY - CHAP A1 - Schwager, Christian A1 - Angele, Florian A1 - Schwarzbözl, Peter A1 - Teixeira Boura, Cristiano José A1 - Herrmann, Ulf T1 - Model predictive assistance for operational decision making in molten salt receiver systems T2 - SolarPACES: Solar Power & Chemical Energy Systems N2 - Despite the challenges of pioneering molten salt towers (MST), it remains the leading technology in central receiver power plants today, thanks to cost effective storage integration and high cost reduction potential. The limited controllability in volatile solar conditions can cause significant losses, which are difficult to estimate without comprehensive modeling [1]. This paper presents a Methodology to generate predictions of the dynamic behavior of the receiver system as part of an operating assistance system (OAS). Based on this, it delivers proposals if and when to drain and refill the receiver during a cloudy period in order maximize the net yield and quantifies the amount of net electricity gained by this. After prior analysis with a detailed dynamic two-phase model of the entire receiver system, two different reduced modeling approaches where developed and implemented in the OAS. A tailored decision algorithm utilizes both models to deliver the desired predictions efficiently and with appropriate accuracy. KW - Power plants KW - Associated liquids KW - Decision theory KW - Electrochemistry Y1 - 2023 SN - 978-0-7354-4623-6 U6 - https://doi.org/10.1063/5.0151514 SN - 1551-7616 (online) SN - 0094-243X (print) N1 - SolarPACES: SOLAR POWER & CHEMICAL ENERGY SYSTEMS: 27th International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, 27 September–1 October 2021, Online IS - 2815 / 1 PB - AIP conference proceedings / American Institute of Physics CY - Melville, NY ER - TY - JOUR A1 - Schwager, Christian A1 - Flesch, Robert A1 - Schwarzbözl, Peter A1 - Herrmann, Ulf A1 - Teixeira Boura, Cristiano José T1 - Advanced two phase flow model for transient molten salt receiver system simulation JF - Solar Energy N2 - In order to realistically predict and optimize the actual performance of a concentrating solar power (CSP) plant sophisticated simulation models and methods are required. This paper presents a detailed dynamic simulation model for a Molten Salt Solar Tower (MST) system, which is capable of simulating transient operation including detailed startup and shutdown procedures including drainage and refill. For appropriate representation of the transient behavior of the receiver as well as replication of local bulk and surface temperatures a discretized receiver model based on a novel homogeneous two-phase (2P) flow modelling approach is implemented in Modelica Dymola®. This allows for reasonable representation of the very different hydraulic and thermal properties of molten salt versus air as well as the transition between both. This dynamic 2P receiver model is embedded in a comprehensive one-dimensional model of a commercial scale MST system and coupled with a transient receiver flux density distribution from raytracing based heliostat field simulation. This enables for detailed process prediction with reasonable computational effort, while providing data such as local salt film and wall temperatures, realistic control behavior as well as net performance of the overall system. Besides a model description, this paper presents some results of a validation as well as the simulation of a complete startup procedure. Finally, a study on numerical simulation performance and grid dependencies is presented and discussed. KW - Molten salt solar tower KW - Molten salt receiver system KW - Dynamic simulation KW - Two-phase modelling KW - Transient flux distribution Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.12.065 SN - 0038-092X (print) SN - 1471-1257 (online) VL - 232 SP - 362 EP - 375 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - CHAP A1 - Gedle, Yibekal A1 - Schmitz, Mark A1 - Gielen, Hans A1 - Schmitz, Pascal A1 - Herrmann, Ulf A1 - Teixeira Boura, Cristiano José A1 - Mahdi, Zahra A1 - Caminos, Ricardo Alexander Chico A1 - Dersch, Jürgen T1 - Analysis of an integrated CSP-PV hybrid power plant T2 - SOLARPACES 2020 N2 - In the past, CSP and PV have been seen as competing technologies. Despite massive reductions in the electricity generation costs of CSP plants, PV power generation is - at least during sunshine hours - significantly cheaper. If electricity is required not only during the daytime, but around the clock, CSP with its inherent thermal energy storage gets an advantage in terms of LEC. There are a few examples of projects in which CSP plants and PV plants have been co-located, meaning that they feed into the same grid connection point and ideally optimize their operation strategy to yield an overall benefit. In the past eight years, TSK Flagsol has developed a plant concept, which merges both solar technologies into one highly Integrated CSP-PV-Hybrid (ICPH) power plant. Here, unlike in simply co-located concepts, as analyzed e.g. in [1] – [4], excess PV power that would have to be dumped is used in electric molten salt heaters to increase the storage temperature, improving storage and conversion efficiency. The authors demonstrate the electricity cost sensitivity to subsystem sizing for various market scenarios, and compare the resulting optimized ICPH plants with co-located hybrid plants. Independent of the three feed-in tariffs that have been assumed, the ICPH plant shows an electricity cost advantage of almost 20% while maintaining a high degree of flexibility in power dispatch as it is characteristic for CSP power plants. As all components of such an innovative concept are well proven, the system is ready for commercial market implementation. A first project is already contracted and in early engineering execution. KW - Hybrid energy system KW - Power plants KW - Electricity generation KW - Energy storage KW - Associated liquids Y1 - 2022 SN - 978-0-7354-4195-8 U6 - https://doi.org/10.1063/5.0086236 SN - 1551-7616 (online) SN - 0094-243X (print) N1 - SOLARPACES 2020: 26th International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, 28 September–2 October 2020, Freiburg, Germany IS - 2445 / 1 PB - AIP conference proceedings / American Institute of Physics CY - Melville, NY ER - TY - CHAP A1 - Mahdi, Zahra A1 - Dersch, Jürgen A1 - Schmitz, Pascal A1 - Dieckmann, Simon A1 - Caminos, Ricardo Alexander Chico A1 - Teixeira Boura, Cristiano José A1 - Herrmann, Ulf A1 - Schwager, Christian A1 - Schmitz, Mark A1 - Gielen, Hans A1 - Gedle, Yibekal A1 - Büscher, Rauno T1 - Technical assessment of Brayton cycle heat pumps for the integration in hybrid PV-CSP power plants T2 - SOLARPACES 2020 N2 - The hybridization of Concentrated Solar Power (CSP) and Photovoltaics (PV) systems is a promising approach to reduce costs of solar power plants, while increasing dispatchability and flexibility of power generation. High temperature heat pumps (HT HP) can be utilized to boost the salt temperature in the thermal energy storage (TES) of a Parabolic Trough Collector (PTC) system from 385 °C up to 565 °C. A PV field can supply the power for the HT HP, thus effectively storing the PV power as thermal energy. Besides cost-efficiently storing energy from the PV field, the power block efficiency of the overall system is improved due to the higher steam parameters. This paper presents a technical assessment of Brayton cycle heat pumps to be integrated in hybrid PV-CSP power plants. As a first step, a theoretical analysis was carried out to find the most suitable working fluid. The analysis included the fluids Air, Argon (Ar), Nitrogen (N2) and Carbon dioxide (CO2). N2 has been chosen as the optimal working fluid for the system. After the selection of the ideal working medium, different concepts for the arrangement of a HT HP in a PV-CSP hybrid power plant were developed and simulated in EBSILON®Professional. The concepts were evaluated technically by comparing the number of components required, pressure losses and coefficient of performance (COP). KW - Solar thermal technologies KW - Hybrid energy system KW - Concentrated solar power KW - Power plants KW - Energy storage Y1 - 2022 SN - 978-0-7354-4195-8 U6 - https://doi.org/10.1063/5.0086269 SN - 1551-7616 (online) SN - 0094-243X (print) N1 - SOLARPACES 2020: 26th International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, 28 September–2 October 2020, Freiburg, Germany IS - 2445 / 1 PB - AIP conference proceedings / American Institute of Physics CY - Melville, NY ER - TY - BOOK A1 - Elsaesser, Evelyn A1 - Klebinggat, Michael A1 - Kuhn, Wilfried A1 - Michielsens, Constant A1 - Pauels, Willibert A1 - Popkes, Enno E. A1 - Schneider, Elke A1 - Laack, Walter van A1 - Warven, Rinus van ED - Laack, Walter van T1 - Schnittstelle Tod - Ist die Menschheit zu retten ohne Vertrauen auf ein Danach Y1 - 2024 SN - 978-3-936624-58-8 N1 - 8. Tagungsband zum NTE-Seminar in Aachen am, 11.11.2023 PB - van Laack Buchverlag CY - Aachen ER - TY - THES A1 - Kordes, Franka T1 - Invisible Cities N2 - Diese Arbeit präsentiert eine Neuinterpretation des Romans "Invisible Cities" von Italo Calvino in einem handgefertigten, künstlerischen Buchobjekt. Seit der Erstveröffentlichung des italienischen Literaturklassikers orientieren sich jegliche Neuauflagen an der Originalfassung. Die klassisch gestaltete Urversion wird der komplexen und eindrucksvollen Geschichte nicht mehr gerecht. Die Erzählung findet auf mehreren Ebenen statt, die durch verschiedene Papiersorten repräsentiert werden. Die Lesenden wissen somit immer, wo sie sich auf ihrer Reise durch die traumhaften und surrealen Städte befinden. Das Buch enthält mehrere Illustrationen auf Transparentpapierbögen, welche die Stadtbeschreibungen begleiten. Der besondere Fokus der Arbeit lag in den Illustrationen und der technischen und handwerklichen Umsetzung der Bindung. KW - Italo Calvino KW - Literaturklassiker KW - Buchbindekunst KW - Linoldruck KW - Transparentpapier Y1 - 2024 N1 - Für diese Arbeit steht kein Volltext zur Verfügung. PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - BOOK A1 - Krause, Thomas A1 - Ulke, Bernd A1 - Ferger, Martin ED - Krause, Thomas ED - Ulke, Bernd ED - Ferger, Martin T1 - Zahlentafeln für den Baubetrieb Y1 - 2024 SN - 978-3-658-41329-3 (Print) SN - 978-3-658-41330-9 (eBook) U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-41330-9 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ET - 10. Auflage ER - TY - CHAP A1 - Ricker, Marcus A1 - Ulke, Bernd ED - Krause, Thomas ED - Ulke, Bernd ED - Ferger, Martin T1 - Baustoffe T2 - Zahlentafeln für den Baubetrieb N2 - In diesem Kapitel werden die Eigenschaften der Baustoffe Bitumen, Beton und Mauerwerk insbesondere unter dem Aspekt der Anwendung im Baustellenbetrieb dargestellt. Y1 - 2024 SN - 978-3-658-41329-3 (Print) SN - 978-3-658-41330-9 (eBook) U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-41330-9_2 SP - 61 EP - 148 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Ulke, Bernd ED - Krause, Thomas ED - Ulke, Bernd ED - Ferger, Martin T1 - Privates Baurecht und Nachtragsmanagement T2 - Zahlentafeln für den Baubetrieb N2 - Kein Bauvorhaben sollte realisiert werden, ohne dass es auf einer vertraglichen Grundlage zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer fußt. Diese vertragliche Grundlage zu kennen ist essenziell, um dementsprechend handeln zu können. Denn nur wer seine eigenen Rechte und auch Pflichten kennt, kann sich auf diese berufen. Y1 - 2024 SN - 978-3-658-41329-3 (Print) SN - 978-3-658-41330-9 (eBook) U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-41330-9_3 SP - 149 EP - 216 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Ulke, Bernd ED - Krause, Thomas ED - Ulke, Bernd ED - Ferger, Martin T1 - Bauwirtschaft T2 - Zahlentafeln für den Baubetrieb N2 - Die Leistungen der Bauwirtschaft und deren wirtschaftliche Bedeutung in Deutschland werden anhand einer Vielzahl statistischer Daten verdeutlicht. Die im Vergleich zu anderen Wirtschaftsbereichen auftretenden branchenspezifischen Besonderheiten der Bauwirtschaft werden anhand von verschiedenen Kriterien herausgearbeitet. Das Zusammenspiel der einzelnen Akteure des Sektors und die dabei sich ergebenden bzw. zu beachtenden Rechts- und Vertragsgrundlagen werden dargestellt. Aufgrund der meist erheblichen Höhe des eingesetzten Kapitals werden auch notwendige Formen der Risikoabsicherungen und der in der Branche üblichen und teilweise vorgeschriebenen Versicherungsmöglichkeiten angesprochen. Y1 - 2024 SN - 978-3-658-41329-3 (Print) SN - 978-3-658-41330-9 (eBook) U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-41330-9_4 SP - 17 EP - 261 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Ulke, Bernd ED - Krause, Thomas ED - Ulke, Bernd ED - Ferger, Martin T1 - Öffentliches Baurecht, Ausschreibung und Vergabe T2 - Zahlentafeln für den Baubetrieb N2 - Durch das öffentliche Baurecht werden die Zulässigkeit, die Grenzen, die Ordnung und die Förderung der baulichen Nutzung des Bodens geregelt. Die Ausschreibung und die Vergabe sind von essenzieller Bedeutung für ein Bauvorhaben und werden deshalb in der HOAI mit zwei Leistungsphasen abgebildet: nämlich mit der Leistungsphase 6 Vorbereitung der Vergabe sowie der Leistungsphase 7 Mitwirkung bei der Vergabe. Im Zuge der Ausschreibung und der Vergabe werden die für den AG anfallenden Kosten festgelegt und bilden somit die letzte größere Stellschraube für Preiseinsparungen. Y1 - 2024 SN - 978-3-658-41329-3 (Print) SN - 978-3-658-41330-9 (eBook) U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-41330-9_5 SP - 263 EP - 297 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Ferger, Martin ED - Krause, Thomas ED - Ulke, Bernd ED - Ferger, Martin T1 - Arbeitsvorbereitung und Ablaufplanung T2 - Zahlentafeln für den Baubetrieb N2 - Die Arbeitsvorbereitung, als ein wesentliches Aufgabengebiet des Baubetriebswesens, ist von enormer Bedeutung für den Erfolg eines Bauprojektes. Die Arbeitsvorbereitung lässt sich zeitlich sowohl in der Angebotsphase (kalkulationsbegleitende Arbeitsvorbereitung), in der Vorbereitungsphase der Baustelle (von Auftragsvergabe bis Baubeginn) als auch baubegleitend einordnen. Y1 - 2024 SN - 978-3-658-41329-3 (Print) SN - 978-3-658-41330-9 (eBook) U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-41330-9_6 SP - 299 EP - 332 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Krause, Thomas A1 - Ulke, Bernd ED - Krause, Thomas ED - Ulke, Bernd ED - Ferger, Martin T1 - Bauabrechnung und Mengenermittlung T2 - Zahlentafeln für den Baubetrieb N2 - n diesem Kapitel werden die Abrechnungsvorschriften wichtiger ATV kurz, aber umfassend zusammengestellt. Einigen Abrechnungsbestimmungen für Einzelleistungen, die keine Nebenleistungen sind ((siehe DIN 18299 und Abschnitt 4 der jeweiligen ATV), sind mit aufgenommen worden; die ATV enthalten jedoch weitergehende Festlegungen über Nebenleistungen und Besondere Leistungen. Im Anschluss folgen Hinweise zu den Toleranzen im Hochbau sowie im Straßenbau. Y1 - 2024 SN - 978-3-658-41329-3 (Print) SN - 978-3-658-41330-9 (eBook) U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-41330-9_7 SP - 333 EP - 397 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Krause, Thomas ED - Krause, Thomas ED - Ulke, Bernd ED - Ferger, Martin T1 - Baumaschinen T2 - Zahlentafeln für den Baubetrieb N2 - Die Leistungsermittlung und Bemessung von Baumaschinen für die folgenden Bereiche werden bearbeitet: Maschinen für den Betonbau, Hebezeuge, Maschinen für den Erdbau, Straßenbaumaschinen, Rückbaugeräte und Elemente der Baustelleneinrichtung. Y1 - 2024 SN - 978-3-658-41329-3 (Print) SN - 978-3-658-41330-9 (eBook) U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-41330-9_8 SP - 399 EP - 498 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Ulke, Bernd ED - Krause, Thomas ED - Ulke, Bernd ED - Ferger, Martin T1 - Boden, Baugrube, Verbau T2 - Zahlentafeln für den Baubetrieb N2 - Die Lösung den Baugrund betreffender Fragestellungen beginnen i. d. R. mit der Durchführung von Baugrunderkundungen, um alle notwendigen Parameter zu erhalten, die für die Planung und Durchführung von Bauvorhaben notwendig sind. Im Folgenden werden die wichtigsten Erkundungen in Abhängigkeit der erforderlichen Güteklasse der Proben beschrieben und vorgestellt. Y1 - 2024 SN - 978-3-658-41329-3 (Print) SN - 978-3-658-41330-9 (eBook) U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-41330-9_9 SP - 499 EP - 658 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - JOUR A1 - Pieronek, Lukas A1 - Kleefeld, Andreas T1 - On trajectories of complex-valued interior transmission eigenvalues JF - Inverse problems and imaging : IPI N2 - This paper investigates the interior transmission problem for homogeneous media via eigenvalue trajectories parameterized by the magnitude of the refractive index. In the case that the scatterer is the unit disk, we prove that there is a one-to-one correspondence between complex-valued interior transmission eigenvalue trajectories and Dirichlet eigenvalues of the Laplacian which turn out to be exactly the trajectorial limit points as the refractive index tends to infinity. For general simply-connected scatterers in two or three dimensions, a corresponding relation is still open, but further theoretical results and numerical studies indicate a similar connection. KW - Interior transmission problem KW - Eigenvalue trajectories KW - Complex-valued eigenvalues Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3934/ipi.2023041 SN - 1930-8337 (Print) SN - 1930-8345 (Online) VL - 18 IS - 2 SP - 480 EP - 516 PB - AIMS CY - Springfield, Mo ER - TY - JOUR A1 - Schopp, Christoph A1 - Rohrbach, Felix A1 - Langer, Luc A1 - Heuermann, Holger T1 - Detection of welding wire length by active S11 measurement JF - IEEE Transactions on Plasma Science N2 - A novel method to determine the extruded length of a metallic wire for a directed energy deposition (DED) process using a microwave (MW) plasma jet with a straight-through wire feed is presented. The method is based on the relative comparison of the measured frequency response obtained by the large-signal scattering parameter (Hot-S) technique. In the practical working range, repeatability of less than 6% for a nonactive plasma and 9% for the active plasma state is found. Measurements are conducted with a focus on a simple solution to decrease the processing time and reduce the integration time of the process into the existing hardware. It is shown that monitoring a single frequency for magnitude and phase changes is sufficient to achieve good accuracy. A combination of different measurement values to determine the length is possible. The applicability to different diameter of the same material is shown as well as a contact detection of the wire and metallic substrate. KW - Circuit simulation KW - Hot S-parameter KW - Modeling KW - Plasma KW - Plasma diagnostics Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1109/TPS.2024.3356659 SN - 0093-3813 (Print) SN - 1939-9375 (Online) IS - Early Access SP - 1 EP - 6 PB - IEEE ER - TY - JOUR A1 - Böhnisch, Nils A1 - Braun, Carsten A1 - Muscarello, Vincenzo A1 - Marzocca, Pier T1 - About the wing and whirl flutter of a slender wing–propeller system JF - Journal of Aircraft N2 - Next-generation aircraft designs often incorporate multiple large propellers attached along the wingspan (distributed electric propulsion), leading to highly flexible dynamic systems that can exhibit aeroelastic instabilities. This paper introduces a validated methodology to investigate the aeroelastic instabilities of wing–propeller systems and to understand the dynamic mechanism leading to wing and whirl flutter and transition from one to the other. Factors such as nacelle positions along the wing span and chord and its propulsion system mounting stiffness are considered. Additionally, preliminary design guidelines are proposed for flutter-free wing–propeller systems applicable to novel aircraft designs. The study demonstrates how the critical speed of the wing–propeller systems is influenced by the mounting stiffness and propeller position. Weak mounting stiffnesses result in whirl flutter, while hard mounting stiffnesses lead to wing flutter. For the latter, the position of the propeller along the wing span may change the wing mode shapes and thus the flutter mechanism. Propeller positions closer to the wing tip enhance stability, but pusher configurations are more critical due to the mass distribution behind the elastic axis. Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.2514/1.C037542 SN - 1533-3868 SP - 1 EP - 14 PB - AIAA CY - Reston, Va. ER - TY - JOUR A1 - Turdumamatov, Samat A1 - Belda, Aljoscha A1 - Heuermann, Holger T1 - Shaping a decoupled atmospheric pressure microwave plasma with antenna structures, Maxwell’s equations, and boundary conditions JF - IEEE Transactions on Plasma Science N2 - This article addresses the need for an innovative technique in plasma shaping, utilizing antenna structures, Maxwell’s laws, and boundary conditions within a shielded environment. The motivation lies in exploring a novel approach to efficiently generate high-energy density plasma with potential applications across various fields. Implemented in an E01 circular cavity resonator, the proposed method involves the use of an impedance and field matching device with a coaxial connector and a specially optimized monopole antenna. This setup feeds a low-loss cavity resonator, resulting in a high-energy density air plasma with a surface temperature exceeding 3500 o C, achieved with a minimal power input of 80 W. The argon plasma, resembling the shape of a simple monopole antenna with modeled complex dielectric values, offers a more energy-efficient alternative compared to traditional, power-intensive plasma shaping methods. Simulations using a commercial electromagnetic (EM) solver validate the design’s effectiveness, while experimental validation underscores the method’s feasibility and practical implementation. Analyzing various parameters in an argon atmosphere, including hot S -parameters and plasma beam images, the results demonstrate the successful application of this technique, suggesting its potential in coating, furnace technology, fusion, and spectroscopy applications. KW - 3-D printing KW - Furnace KW - Fusion KW - Hot S-parameter KW - Mode converter Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1109/TPS.2024.3383589 SN - 0093-3813 (Print) SN - 1939-9375 (Online) IS - Early Access SP - 1 EP - 9 PB - IEEE ER - TY - JOUR A1 - Stiemer, Luc Nicolas A1 - Thoma, Andreas A1 - Braun, Carsten T1 - MBT3D: Deep learning based multi-object tracker for bumblebee 3D flight path estimation JF - PLoS ONE N2 - This work presents the Multi-Bees-Tracker (MBT3D) algorithm, a Python framework implementing a deep association tracker for Tracking-By-Detection, to address the challenging task of tracking flight paths of bumblebees in a social group. While tracking algorithms for bumblebees exist, they often come with intensive restrictions, such as the need for sufficient lighting, high contrast between the animal and background, absence of occlusion, significant user input, etc. Tracking flight paths of bumblebees in a social group is challenging. They suddenly adjust movements and change their appearance during different wing beat states while exhibiting significant similarities in their individual appearance. The MBT3D tracker, developed in this research, is an adaptation of an existing ant tracking algorithm for bumblebee tracking. It incorporates an offline trained appearance descriptor along with a Kalman Filter for appearance and motion matching. Different detector architectures for upstream detections (You Only Look Once (YOLOv5), Faster Region Proposal Convolutional Neural Network (Faster R-CNN), and RetinaNet) are investigated in a comparative study to optimize performance. The detection models were trained on a dataset containing 11359 labeled bumblebee images. YOLOv5 reaches an Average Precision of AP = 53, 8%, Faster R-CNN achieves AP = 45, 3% and RetinaNet AP = 38, 4% on the bumblebee validation dataset, which consists of 1323 labeled bumblebee images. The tracker’s appearance model is trained on 144 samples. The tracker (with Faster R-CNN detections) reaches a Multiple Object Tracking Accuracy MOTA = 93, 5% and a Multiple Object Tracking Precision MOTP = 75, 6% on a validation dataset containing 2000 images, competing with state-of-the-art computer vision methods. The framework allows reliable tracking of different bumblebees in the same video stream with rarely occurring identity switches (IDS). MBT3D has much lower IDS than other commonly used algorithms, with one of the lowest false positive rates, competing with state-of-the-art animal tracking algorithms. The developed framework reconstructs the 3-dimensional (3D) flight paths of the bumblebees by triangulation. It also handles and compares two alternative stereo camera pairs if desired. Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0291415 SN - 1932-6203 N1 - Corresponding author: Luc Nicolas Stiemer VL - 18 IS - 9 PB - PLOS CY - San Fancisco ER - TY - JOUR A1 - Biewendt, Marcel A1 - Blaschke, Florian A1 - Böhnert, Arno T1 - A review of contemporary challenges in business culture JF - International Journal of Applied Research in Business and Management N2 - The following article deals with the basic principles of intercultural management and possible improvements in terms of cultural, ethnic and gender diversification. The results are exemplarily applied to a bank located in Germany. The aim of this paper is to find out to what extent intercultural management could improve the productivity of Relatos-Bank in dealing with foreign employees or employees with a different cultural background. To achieve this goal, the authors con-duct a literature research. The main sources of information are books, journal articles and internet sources. It becomes clear that especially the different perceptions of different generations have a potential for conflict, which can be counteracted by applying presented scientific models. Equalizing the salaries of female and male employees and equalizing the rights and distribution of power could also be the key to becoming an open-minded, dynamic and fair organization that is pre-pared for the rapidly changing environment in which it operates. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.51137/ijarbm.2021.2.1.1 SN - 2700-8983 VL - 2 IS - 1 SP - 1 EP - 12 PB - Wohllebe & Ross Publishing CY - Hamburg ER - TY - JOUR A1 - Biewendt, Marcel T1 - Sustainable development: A quantitative analysis regarding the impact of resource rents on state welfare from 2002 to 2017 JF - SocioEconomic Challenges N2 - This paper uses a quantitative analysis to examine the interdependence and impact of resource rents on socio-economic development from 2002 to 2017. Nigeria and Norway have been chosen as reference countries due to their abundance of natural resources by similar economic performance, while the ranking in the Human Development Index differs dramatically. As the Human Development Index provides insight into a country’s cultural and socio-economic characteristics and development in addition to economic indicators, it allows a comparison of the two countries. The hypothesis presented and discussed in this paper was researched before. A qualitative research approach was used in the author’s master’s thesis “The Human Development Index (HDI) as a Reflection of Resource Abundance (using Nigeria and Norway as a case study)” in 2018. The management of scarce resources is an important aspect in the development of modern countries and those on the threshold of becoming industrialised nations. The effects of a mistaken resource management are not only of a purely economic nature but also of a social and socio-economic nature. In order to present a partial aspect of these dependencies and influences this paper uses a quantitative analysis to examine the interdependence and impact of resource rents on socio-economic development from 2002 to 2017. Nigeria and Norway have been chosen as reference countries due to their abundance of natural resources by similar economic performance, while the ranking in the Human Development Index differs significantly. As the Human Development Index provides insight into a country’s cultural and socio-economic characteristics and development in addition to economic indicators, it allows a comparison of the two countries. This paper found out in a holistic perspective that (not or poorly managed) resource wealth in itself has a negative impact on socio-economic development and significantly reduces the productivity of the citizens of a state. This is expressed in particular for the years 2002 till 2017 in a negative correlation of GDP per capita and HDI value with the share respectively the size of resources in the GDP of a country. KW - socio-economic welfare KW - resource abundance KW - sustainability KW - Human Development Index Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.21272/sec.4(4).119-131.2020 SN - 2520-6214 VL - 4 IS - 4 SP - 119 EP - 131 PB - ARMG Publishing CY - Sumy ER - TY - JOUR A1 - Böhnert, Arno A1 - Blaschke, Florian A1 - Biewendt, Marcel T1 - Impact of sustainability on the strategic direction of luxury companies JF - European Journal of Marketing and Economics N2 - Today’s society is undergoing a paradigm shift driven by the megatrend of sustainability. This undeniably affects all areas of Western life. This paper aims to find out how the luxury industry is dealing with this change and what adjustments are made by the companies. For this purpose, interviews were conducted with managers from the luxury industry, in which they were asked about specific measures taken by their companies as well as trends in the industry. In a subsequent evaluation, the trends in the luxury industry were summarized for the areas of ecological, social, and economic sustainability. It was found that the area of environmental sustainability is significantly more focused than the other sub-areas. Furthermore, the need for a customer survey to validate the industry-based measures was identified. KW - Operations KW - Brands KW - Luxury KW - Change Y1 - 2022 SN - 2601-8659 VL - 6 IS - 1 SP - 70 EP - 85 PB - Revistia CY - London ER - TY - JOUR A1 - Biewendt, Marcel A1 - Blaschke, Florian A1 - Böhnert, Arno T1 - Motivational factors in organisational change JF - SocioEconomic Challenges N2 - The presented paper gives an overview of the most important and most common theories and concepts from the economic field of organisational change and is also enriched with quantitative publication data, which underlines the relevance of the topic. In particular, the topic presented is interwoven in an interdisciplinary way with economic psychological models, which are underpinned within the models with content from leading scholars in the field. The pace of change in companies is accelerating, as is technological change in our society. Adaptations of the corporate structure, but also of management techniques and tasks, are therefore indispensable. This includes not only the right approaches to employee motivation, but also the correct use of intrinsic and extrinsic motivational factors. Based on the hypothesis put forward by the scientist and researcher Rollinson in his book “Organisational behaviour and analysis” that managers believe motivational resources are available at all times, socio-economic and economic psychological theories are contrasted here in order to critically examine this statement. In addition, a fictitious company was created as a model for this work in order to illustrate the effects of motivational deficits in practice. In this context, the theories presented are applied to concrete problems within the model and conclusions are drawn about their influence and applicability. This led to the conclusion that motivation is a very individual challenge for each employee, which requires adapted and personalised approaches. On the other hand, the recommendations for action for supervisors in the case of motivation deficits also cannot be answered in a blanket manner, but can only be solved with the help of professional, expert-supported processing due to the economic-psychological realities of motivation. Identifying, analysing and remedying individual employee motivation deficits is, according to the authors, a problem and a challenge of great importance, especially in the context of rapidly changing ecosystems in modern companies, as motivation also influences other factors such as individual productivity. The authors therefore conclude that good motivation through the individual and customised promotion and further training of employees is an important point for achieving important corporate goals in order to remain competitive on the one hand and to create a productive and pleasant working environment on the other. KW - business culture KW - management KW - motivation KW - change Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.21272/sec.5(3).15-27.2021 SN - 2520-6214 VL - 5 IS - 3 SP - 15 EP - 27 PB - ARMG CY - Sumy ER - TY - JOUR A1 - Block, Simon A1 - Viebahn, Peter A1 - Jungbluth, Christian T1 - Analysing direct air capture for enabling negative emissions in Germany: an assessment of the resource requirements and costs of a potential rollout in 2045 JF - Frontiers in Climate N2 - Direct air capture (DAC) combined with subsequent storage (DACCS) is discussed as one promising carbon dioxide removal option. The aim of this paper is to analyse and comparatively classify the resource consumption (land use, renewable energy and water) and costs of possible DAC implementation pathways for Germany. The paths are based on a selected, existing climate neutrality scenario that requires the removal of 20 Mt of carbon dioxide (CO2) per year by DACCS from 2045. The analysis focuses on the so-called “low-temperature” DAC process, which might be more advantageous for Germany than the “high-temperature” one. In four case studies, we examine potential sites in northern, central and southern Germany, thereby using the most suitable renewable energies for electricity and heat generation. We show that the deployment of DAC results in large-scale land use and high energy needs. The land use in the range of 167–353 km2 results mainly from the area required for renewable energy generation. The total electrical energy demand of 14.4 TWh per year, of which 46% is needed to operate heat pumps to supply the heat demand of the DAC process, corresponds to around 1.4% of Germany's envisaged electricity demand in 2045. 20 Mt of water are provided yearly, corresponding to 40% of the city of Cologne‘s water demand (1.1 million inhabitants). The capture of CO2 (DAC) incurs levelised costs of 125–138 EUR per tonne of CO2, whereby the provision of the required energy via photovoltaics in southern Germany represents the lowest value of the four case studies. This does not include the costs associated with balancing its volatility. Taking into account transporting the CO2 via pipeline to the port of Wilhelmshaven, followed by transporting and sequestering the CO2 in geological storage sites in the Norwegian North Sea (DACCS), the levelised costs increase to 161–176 EUR/tCO2. Due to the longer transport distances from southern and central Germany, a northern German site using wind turbines would be the most favourable. KW - rollout KW - economics KW - Germany KW - negative emissions KW - carbon dioxide removal KW - climate neutrality KW - DAC KW - direct air capture Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3389/fclim.2024.1353939 SN - 2624-9553 VL - 6 PB - Frontiers CY - Lausanne ER - TY - THES A1 - Ackermann, Vincent T1 - Filos : Design eines Front-Ends für das robotergeführte Laser-Osteotom-System STELLA. N2 - In der Abschlussarbeit „FILOS“ wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) ein Front-End für das laserbasierte Osteotom STELLA entwickelt. STELLA soll Kraniotomie (das Eröffnen des Schädels) im wachen Zustand ermöglichen und erfordert eine benutzerfreundliche Bedienungsplattform sowie ein funktionales und ästhetisches Design. Das Ziel von „FILOS“ war es, ein Gehäuse zu entwerfen, das den medizinischen Anforderungen entspricht, und ein Bedienkonzept zu entwickeln, dass die Akzeptanz bei Patient:innen und Anwender:innen fördert. Durch Expert:innen-Interviews mit Neurochirurg:innen und enge Zusammenarbeit mit dem ILT wurde ein durchdachtes Design entwickelt. Dieses soll den Anforderungen der Anwender:innen gerecht werden, das zukünftige Operationssystem repräsentieren und somit einen Mehrwert in der Medizin schaffen. KW - Wachoperation KW - Laserchirurgie KW - Medizintechnik KW - Cobot KW - Industrial Design Y1 - 2024 N1 - Für diese Arbeit steht kein Volltext zur Verfügung. PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - THES A1 - Bartz, Markus T1 - Dupiano : Ein aus einem Bauelement auffaltbarer Keyboradständer mit dem Erscheinungsbild eines akustischen Klavieres. N2 - Klavierspielende Künstlerinnen und Künstler finden sich auf der Bühne meist an einer Kombination aus Keyboard und Keyboardständer wieder. Zwar kann der Klang eines Klaviers technisch brillant simuliert werden, jedoch verliert das Bühnenbild den Mehrwert eines traditionellen Klaviers. Um diesem Verlust von Authentizität und Wohlgefühl auf der Bühne endlich etwas entgegenzusetzen, soll ein "dupiano" gängige Keyboardständer ersetzen und sämtliche Keyboards in das Erscheinungsbild eines akustischen Klaviers hüllen. Dadurch sollen auch die visuellen Eindrücke, verknüpft mit den akustischen, an Authentizität gewinnen und den Klavierauftritt vervollständigen. Es ist leicht, stabil und ohne Werkzeug in unter 10 Sekunden aufbaubar. Auch der Abbau geschieht in unter 10 Sekunden. Verstaut werden kann es von einer Person in jedem Kofferraum. "dupiano" - was nach Klavier klingt, soll auch so aussehen! KW - Keyboard KW - Klavier KW - Keyboardständer KW - Musik KW - Faltbar Y1 - 2024 N1 - Für diese Arbeit steht kein Volltext zur Verfügung. PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - JOUR A1 - Biewendt, Marcel A1 - Böhnert, Arno A1 - Blaschke, Florian T1 - The repercussions of the digital twin in the automotive industry on the new marketing logic JF - European Journal of Marketing and Economics N2 - Rapid development of virtual and data acquisition technology makes Digital Twin Technology (DT) one of the fundamental areas of research, while DT is one of the most promissory developments for the achievement of Industry 4.0. 48% percent of organisations implementing the Internet of Things are already using DT or plan to use DT in 2020. The global market for DT is expected to grow by 38 percent annually, reaching USD16 billion by 2023. In addition, the number of participating organisations using digital twins is expected to triple by 2022. DTs are characterised by the integration between physical and virtual spaces. The driving idea for DT is to develop, test and build our devices in a virtual environment. The objective of this paper is to study the impact of DT in the automotive industry on the new marketing logic. This paper outlines the current challenges and possible directions for the future DT in marketing. This paper will be helpful for managers in the industry to use the advantages and potentials of DT. KW - industry 4.0 KW - marketing KW - automotive KW - digital twin Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26417/229eim64f SN - 2601-8659 VL - 4 IS - 1 SP - 68 EP - 73 PB - Revistia CY - London ER - TY - JOUR A1 - Biewendt, Marcel A1 - Blaschke, Florian A1 - Böhnert, Arno T1 - An evaluation of corporate sustainability in context of the Jevons paradox JF - SocioEconomic Challenges N2 - The successful implementation and continuous development of sustainable corporate-level solutions is a challenge. These are endeavours in which social, environmental, and financial aspects must be weighed against each other. They can prove difficult to handle and, in some cases, almost unrealistic. Concepts such as green controlling, IT, and manufacturing look promising and are constantly evolving. This paper aims to achieve a better understanding of the field of corporate sustainability (CS). It will evaluate the hypothesis by which Corporate Sustainability thrives, via being efficient, increasing the performance, and raising the value of the input of the enterprises to the resources used. In fact, Corporate Sustainability on the surface could seem to contradict the idea, which supports the understanding that it encourages the reduction of the heavy reliance on the use of natural resources, the overall environmental impact, and above all, their protection. To understand how the contradictory notion of CS came about, in this part of the paper, the emphasis is placed on providing useful insight to this regard. The first part of this paper summarizes various definitions, organizational theories, and measures used for CS and its derivatives like green controlling, IT, and manufacturing. Second, a case study is given that combines the aforementioned sustainability models. In addition to evaluating the hypothesis, the overarching objective of this paper is to demonstrate the use of green controlling, IT, and manufacturing in the corporate sector. Furthermore, this paper outlines the current challenges and possible directions for CS in the future. KW - rebound-effect KW - grey energy KW - efficiency side-effects KW - jevons paradox KW - corporate sustainability Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.21272/sec.4(3).46-65.2020 SN - 2520-6214 VL - 4 IS - 3 SP - 46 EP - 65 PB - ARMG Publishing CY - Sumy ER - TY - JOUR A1 - Biewendt, Marcel A1 - Blaschke, Florian A1 - Böhnert, Arno T1 - The rebound effect – a systematic review of the current state of affairs JF - European Journal of Economics and Business Studies N2 - This publication is intended to present the current state of research on the rebound effect. First, a systematic literature review is carried out to outline (current) scientific models and theories. Research Question 1 follows with a mathematical introduction of the rebound effect, which shows the interdependence of consumer behaviour, technological progress, and interwoven effects for both. Thereupon, the research field is analysed for gaps and limitations by a systematic literature review. To ensure quantitative and qualitative results, a review protocol is used that integrates two different stages and covers all relevant publications released between 2000 and 2019. Accordingly, 392 publications were identified that deal with the rebound effect. These papers were reviewed to obtain relevant information on the two research questions. The literature review shows that research on the rebound effect is not yet comprehensive and focuses mainly on the effect itself rather than solutions to avoid it. Research Question 2 finds that the main gap, and thus the limitations, is that not much research has been published on the actual avoidance of the rebound effect yet. This is a major limitation for practical application by decision-makers and politicians. Therefore, a theoretical analysis was carried out to identify potential theories and ideas to avoid the rebound effect. The most obvious idea to solve this problem is the theory of a Steady-State Economy (SSE), which has been described and reviewed. KW - sustainability KW - rebound-effect KW - literature KW - systematic KW - critical KW - SSE) JEL : O33 KW - review Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26417/134nvy47z SN - 2601-8659 VL - 6 IS - 1 SP - 106 EP - 120 PB - Revistia CY - London ER - TY - CHAP A1 - Schneider, Dominik A1 - Wisselink, Frank A1 - Czarnecki, Christian A1 - Nölle, Nikolai T1 - Benefits and framework conditions for information-driven business models concerning the Internet of Things T2 - Digitalization in companies N2 - In the context of the increasing digitalization, the Internet of Things (IoT) is seen as a technological driver through which completely new business models can emerge in the interaction of different players. Identified key players include traditional industrial companies, municipalities and telecommunications companies. The latter, by providing connectivity, ensure that small devices with tiny batteries can be connected almost anywhere and directly to the Internet. There are already many IoT use cases on the market that provide simplification for end users, such as Philips Hue Tap. In addition to business models based on connectivity, there is great potential for information-driven business models that can support or enhance existing business models. One example is the IoT use case Park and Joy, which uses sensors to connect parking spaces and inform drivers about available parking spaces in real time. Information-driven business models can be based on data generated in IoT use cases. For example, a telecommunications company can add value by deriving more decision-relevant information – called insights – from data that is used to increase decision agility. In addition, insights can be monetized. The monetization of insights can only be sustainable, if careful attention is taken and frameworks are considered. In this chapter, the concept of information-driven business models is explained and illustrated with the concrete use case Park and Joy. In addition, the benefits, risks and framework conditions are discussed. Y1 - 2024 SN - 978-3-658-39093-8 (Print) SN - 978-3-658-39094-5 (eBook) U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-39094-5_5 SP - 59 EP - 75 PB - Springer CY - Wiesbaden ER - TY - GEN A1 - Thiel, A. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Muffler, K. A1 - Ruf, F. A1 - Sohling, U. A1 - Ulber, Roland T1 - Optimierung der Wertschöpfungskette bei der Aufarbeitung von Rapsschrot mit Zeolithen T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Im vom BMELV/FNR geförderten SynRg-Projekt wurde unter anderem Rapsschrot untersucht, um Polyphenole zu isolieren und aufzureinigen. Diese sollen anschließend als Basisbausteine für Polymere dienen und ihnen neuartige Eigenschaften verleihen. Derzeit wird an der Polyphenolextraktion gearbeitet, da bei organischen oder wässrigen Extraktionsprozessen überwiegend Sinapin, ein Cholinester der Sinapinsäure, vorliegt und dieses nicht für die Polymerbildung eingesetzt werden kann. Für die im Fokus stehende Sinapinsäure wird deshalb eine simultane Extraktion und enzymatische oder chemische Hydrolyse von Sinapin zu Sinapinsäure durchgeführt. Durch die Hydrolyse konnte die Sinapinsäureausbeute bereits um den Faktor 6,2 auf 15,8 mg g⁻¹ gegenüber einer reinwässrigen Extraktion gesteigert werden. Für die Aufreinigung des an Sinapinsäure reichen Extrakts erfolgt anschließend ein adsorptiver Aufarbeitungsschritt, bei dem Zeolithe zum Einsatz kommen. Mit diesem Material ist es möglich, die Sinapinsäure quantitativ zu adsorbieren und später mit 70 %igem Ethanol bei 60 °C zu desorbieren. Bei den Adsorbern handelt es sich um b-Zeolithe von der Süd-Chemie AG. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250028 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe N1 - Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) durch seinen Projektträger der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) unter der Projektnummer22023008 gefördert. VL - 84 IS - 8 SP - 1191 EP - 1192 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Wiesen, S. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Muffler, K. A1 - Sohling, U. A1 - Ruf, F. A1 - Ulber, Roland T1 - Nutzung von Rohglycerin: Rohglycerin-Aufarbeitung, Herstellung von 1, 3-Propandiol und Rückgewinnung von Fettsäuren T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die fermentative Verwertung von Rohglycerin setzt je nach Herstellungsmethode und Produktionsorganismus eine Vorbehandlung des Glycerins zur Entfernung von Produktinhibitoren voraus. Durch den Einsatz von Hydrotalcit-Adsorbern können die im Rohglycerin enthaltenen Fettsäuren entfernt werden. Durch diese einfache Aufarbeitungsmethode ist ein mit reinem Glycerin vergleichbarer Umsatz von stark mit Fettsäuren verunreinigtem Rohglycerin zu 1,3-Propandiol (PDO) möglich. Die durch den Hydrotalcit gebundenen Fettsäuren lassen sich mit einem Ethanol-Wasser-Gemisch eluieren. Somit kann der Adsorber regeneriert und die Fettsäuren wieder der Wertschöpfungskette zugeführt werden. Im Fed-Batch-Experiment kann mit C. diolis eine PDO-Konzentration von über 50 g L⁻¹ unter Verwendung des aufgereinigten Rohglycerins erzielt werden. In der industriellen Produktion wird PDO momentan destillativ aufgearbeitet. Ein adsorptives Aufarbeitungsverfahren kann den Energiebedarf des Herstellungsprozesses drastisch senken. Auf der Suche nach einem geeigneten Material wurde ein Adsorberscreening in Bezug auf die Bindungseigenschaften durchgeführt. Mit einem b-Zeolith der Firma Süd ChemieAG konnte bisher die höchste Beladung im Modellsystem von 120 mg PDO/gAdsorber erreicht werden. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250265 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1296 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Duwe, A. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Leipold, D. A1 - Riemer, S. A1 - Zorn, H. A1 - Ulber, Roland T1 - Holzhydrolyse als Feststoffreaktion: Charakterisierung von Inhibitoren und Erhöhung der Ausbeute durch den Einsatz lignolytischer Enzyme T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Der Erhalt möglichst hoher Zuckerkonzentrationen für nachfolgende Fermentationen und eine Steigerung der Produktivität sind Ziele der Hydrolyse bei hohen Feststoffkonzentrationen im Rahmen des Projekts „Lignocellulose Bioraffinerie“. Verwendet wird durch ein Organosolv-Verfahren aufgeschlossenes Buchenholz. Die Hydrolyse des Faserstoffes erfolgt mithilfe von CTec2-Enzymen (Fa. Novozymes). Zurzeit können unter Einsatz eines neuen Feststoffreaktors Cellulosefasern in einer Konzentration bis 400 g L⁻¹ enzymatisch hydrolysiert werden. Dabei werden Ausbeuten (g Glucose/g Cellulose im Faserstoff) bis 0,86 g g⁻¹ und Glucosekonzentrationenvon 120 g L⁻¹ erreicht. Ein Nachteil ist jedoch die hierbei auftretende Abnahme der Hydrolyseausbeuten. Zahlreiche Limitierungen bezüglich der Hydrolysierbarkeit von Lignocellulose werden zurzeit diskutiert und publiziert. Ziel der Untersuchungen ist die Identifizierung hydrolysehemmender Substanzen sowie die Erhöhung der Ausbeute an Zuckermonomeren durch den Einsatz lignolytischer Enzyme. Hierbei wird eine HPLC-MS-Methode zur Charakterisierung hemmender Substanzen eingesetzt, um potenzielle Inhibitoren zu erfassen. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250298 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1307 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Wollny, S. A1 - Stadtmüller, R. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Oster, J. A1 - Kampeis, P. A1 - Ulber, Roland T1 - Optimierung der selektiven Aufarbeitung von Proteinen mit Aptamer-funktionalisierten Magnetpartikeln T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Herstellung pharmakologisch relevanter Proteine durch Mikroorganismen führt eine mehrstufige Aufarbeitung mit sich. Durch die Verwendung von Aptameren, kurzen einzelsträngigen DNA- oder RNA-Oligonukleotiden immobilisiert auf funktionalisierten, wiederverwendbaren Magnetpartikeln, können mehrere dieser Abtrennungsoperationen kombiniert und damit die Prozesskosten minimiert werden. Aufgrund der definierten dreidimensionalen Struktur können Aptamere kleine organische Moleküle hochspezifisch binden. Im vorgestellten Projekt wird die Aufarbeitung von His6-GFP als Modellprotein mithilfe der mit Aptamer funktionalisierten Magnetpartikel durchgeführt. In bisherigen Versuchen wurde die Bindung von Aptameren auf den magnetischen Partikeln sowie die Bindung des Modellproteins GFP auf den Partikeln optimiert. Des Weiteren wurden mehrere Strategien zur Elution des GFPs von den Partikeln verfolgt, um den Proteinertrag zu maximieren und die Partikel rezyklieren zu können. Die Untersuchung unspezifischer Bindungen von Zelltrümmern und Proteinen an die Magnetpartikel wurde mithilfe eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops durchgeführt. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250031 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1203 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Stadtmüller, R. A1 - Wollny, S. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Amplifikation und Einsatz von ssDNA-Aptameren T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die wachsende Produktpalette von z. B. Pharmazeutika geht mit einer steigenden Nachfrage für hochsensitive/schonende Aufreinigungstechniken einher. Bisherige Verfahren führen oft zu geringer Reinheit und verminderter Bioaktivität, zeigen eine Limitation der Analytengröße oder bedingen dessen Modifikation. Durch die Kombination von mikroskaligen Magnetpartikeln und spezifisch wechselwirkenden Einzelstrang-DNA-Oligonukleotiden, den sog. ssDNA-Aptameren, sind eine höhere Selektivität/Reinheit und eine Automatisierung möglich. In diesem Kontext werden zum einen ssDNA-Amplifikationstechniken und zum anderen der praktische Einsatz von Aptameren in einer Magnetseparation vorgestellt. Die ssDNA-Synthese basiert auf einem In-vivo-dsDNA-Produktionsschritt mittels eines rekombinanten Escherichia coli. Die als High-copy-Plasmid organisierte Sequenz wird in vitro durch Kombination verschiedener enzymatischer Reaktionen in die funktionelle ssDNA überführt. Diese Technik bedingt nur minimale Instrumentierung bzw. Prozessregelung. Die zweite Synthesetechnik wird in Form eines In-vitro-Amplifikationsverfahrens realisiert und beruht auf dem Prinzip einer PCR (Potenzial zu einer Automatisierung bzw. Miniaturisierung). Die gewonnenen Aptamere werden im Anschluss in einem auf Magnetpartikeln basierten Trennverfahren zur Isolationvon 6xHis-tag-Proteinen bezüglich ihrer Eigenschaften untersucht. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250112 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1294 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Wiesen, S. A1 - Thiel, A. A1 - Muffler, K. A1 - Ulber, Roland T1 - Biotechnologische Wertstoffgewinnung entlang der Prozessketten Grüner und Pflanzenöl-Bioraffinerien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Der nachwachsende Rohstoff Raps ist in großen Mengen verfügbar und eine Quelle für Biomoleküle mit hohem Wertschöpfungspotenzial. Entwicklungen zur biotechnologischen Wertstoffgewinnung werden dabei schwerpunktmäßig in den Bereichen Aufarbeitung und Funktionalisierung von Polyphenolen und Fetten betrieben. Bei der Verarbeitung der Pflanzenmaterialien werden dabei insbesondere Verfahren zur adsorptiven Aufreinigung und Auftrennung mittels Materialien mit modifizierten Bleicherden und anderen organischen oder anorganischen Adsorbentien untersucht. Ferner wurden für die Aufreinigung von Polyphenolen adsorptive sowie extraktive Prozesse entwickelt. Bei den Entwicklungen wird berücksichtigt, dass Bioraffinerien auf eine fortwährende Gewährleistung eines hohen Produktions- bzw. Lieferbedarfs nachwachsender Rohstoffe angewiesen sind. Somit werden Optionen dezentraler regionaler Vorbehandlungs- und Wertschöpfungsketten in der Nähe landwirtschaftlicher Betriebe einbezogen. Neben neuen Aufreinigungsverfahren werden mikrobielle und enzymatische Prozesse zur wertsteigernden Umsetzung von Glycerin, Polyphenolen und Zuckermonomeren vorgestellt sowie Limitierungen nachwachsender Rohstoffe der 2. Generation diskutiert. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450283 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen N1 - Diese Arbeiten werden vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft durch den Projektträger FNR e. V. im Rahmen des Projekts FKZ22022908 gefördert VL - 86 IS - 9 SP - 1605 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Al-Kaidy, H. A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Eine Plattform-Technologie für die automatisierte Reaktionsführung in magnetisierbaren mikrofluidischen Tropfen T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Üblicherweise werden biotechnologische Reaktionssysteme im mikrofluidischen Maßstab in vorstrukturierten Bauteilen oder mit auf Wellplatten basierenden Robotersystemen realisiert. In dem hier vorgestellten System werden chemische oder biologische Reaktionen mit magnetischen Mikroreaktoren (MR) durchgeführt, bei denen hydrophobe magnetische Mikropartikel einen wässrigen Kern umschließen. Solche MR bieten eine gute Kontrolle der Reaktionsbedingungen, eine verbesserte Sicherheit und Portabilität. Die neue Plattformtechnologie ermöglicht die zweidimensionale Bewegung der magnetischen MR auf einer planaren Ebene. Oberhalb oder unterhalb der Plattform werden Magnetfeldgradienten zum Manipulieren und Bewegen eines oder mehrerer magnetischer MR erzeugt. Die optimal auf die MR wirkenden magnetischen Kräfte werden experimentell ermittelt und simuliert. Die Aktivierung der Magnetfelder wird automatisiert durch elektrische Spulen mit Eisenkern bzw. Neodymmagnet gesteuert. Angewendet wurde das System beim reversiblen Öffnen von MR, um z. B. Reaktionspartner in den wässrigen Kern zu injizieren oder Proben zu entnehmen. Ferner wurde Lac-case A und b-Glucosidase auf einer Quarzglasoberfläche immobilisiert und mit einem MR zum Reagieren gebracht. Weiterhin wurden MR fusioniert und so ein wässriger Kern bestehend aus Laccase mit einem aus dem entsprechenden Substrat Syringaldazin vereint. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450424 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1419 EP - 1420 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Al-Kaidy, H. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Kaiser, P. A1 - Wollny, S. A1 - Ulber, Roland T1 - Aufreinigung von Cytochrom P450BMP mittels magnetischer Partikel und die enzymatische Synthese von 9, 10-Dihydroxystearinsäure T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Cytochrom P450 sind Häm-Proteine, die zur Enzymklasse der Oxidoreduktasen (EC 1.14.xy) gehören. Eine wichtige Reaktion ist die Hydroxylierung nichtaktivierter C–H-Bindungen, die in technischen Systemen von großem Interesse ist. Durch die Verwendung von M-IDA-2-Partikeln ist eine direkte Aufreinigung mit gleichzeitiger Immobilisierung und die Applikation der Enzyme aus dem Zelllysat möglich. Damit ist das Verfahren mehr als fünf Stunden schneller als die konventionelle Chromatographie und mehr als 80 % der Aufreinigungszeit wird gespart. Mit dem isolierten nativen Enzym konnte die Plattformchemikalie 9,10-Dihydroxystearinsäure aus Ölsäure hergestellt werden. Unter anderem für die Kunststoffindustrie können aus diesem Produkt wichtige Monomere wie z. B. Azelainsäure hergestellt werden. Die Bildung des Produkts erfolgt in einem zweiphasigen Reaktionssystem an der Grenzfläche zwischen dem Öl und der wässrigen Phase als Feststoff. Um das immobilisierte Enzym aktiv in die obere Phase zu transportieren, wurde eine neue magnetische Mischvorrichtung entwickelt. Das Reaktionsprodukt wurde mit NMR, GC-MS und HPLC-MS analysiert und mit einem chemisch synthetisierten Standard von 9,10-Dihydroxystearinsäure verglichen. Derzeit werden Studien des immobilisierten Häms des Enzyms durchgeführt. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450420 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen N1 - Gefördert wird dieses Projekt im Rahmen von MAGNENZ durch das BMBF VL - 86 IS - 9 SP - 1420 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Stadtmüller, R. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Produktion von einzelsträngigen DNA-Makronukleotiden T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In der Biotechnologie stellt Einzelstrang-DNA (ssDNA) eine Schlüsselrolle dar und fungiert z. B. als Baustein für die nanoskalige Feinmechanik oder als Affinitätsligand, ein sog. Aptamer. Hinsichtlich der industriellen Verwendung bieten Aptamere im Vergleich zu Antikörpern viele Vorteile, wie z. B. eine gute Renaturierung bzw. die Selektion für cytotoxische Moleküle. Aktuell wächst die Nachfrage für chimäre Aptamere von bis zu 200 n, um die simultane Bindung bzw. die Modifikation mehrerer Moleküle zu realisieren. Bis heute wird ssDNA mittels einer sequentiellen Synthese hergestellt, die eine Effizienz von ca. 99,5 % je Zyklus und bereits bei einer Produktlänge von 100 n nur noc hAusbeuten von max. 60 % zeigt. Um dem Bedarf an ssDNA im Bereich > 100 n zu entsprechen, wurden zwei enzymatische Verfahren zur Produktion dieser Makronukleotide entworfen. Die erste Technik basiert auf einerFestphasen-PCR und ermöglicht sowohlein Primer- als auch ein Templatrecycling. Das zweite Verfahren beruht auf einer Plasmidbasierten In-vivo-Amplifikation, der sog. AptaGENE®-Technologie. In einer einzigen Klonierung werden bis zu 100 Kopien des Monomers in einen Vektor kloniert. Nach einer Transformation folgt der reguläre Produktionsprozess in Form einer Kultivierung, Plasmidpräparation und sequenziellen Aufarbeitung von bis zu 6 · 10¹⁵ Makronukleotiden pro Milliliter Fermentationsvolumen. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450372 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1403 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Hering, T. A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Aktiver und passiver antimikrobieller Oberflächenschutz durch funktionalisierte Mikropartikel T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Mikrobielle Verunreinigungen von Oberflächen in technischen und medizinischen Systemen sind allgegenwärtig. Sie basieren üblicherweise auf adsorptiven Oberflächenbindungen organischer Komponenten (Proteine und Fette) oder Membrankomponenten aerogener sowie wassergebundener Mikroorganismen. In laufenden Forschungsarbeiten wird eine aktive sowie passive Biomodifikation von Oberflächen zu deren Schutz vor Adsorption von Proteinen und Mikroorganismen verfolgt. Der antimikrobielle Schutz soll dabei sowohl durch die Mikrostrukturierung bzw. Rauheitsanpassung der Oberflächen durch deren Beschichtung mit Mikro-und Nanopartikeln erfolgen. Ferner werden antimikrobielle Enzyme und funktionelle Gruppen auf den Mikropartikeln gebunden, um den Oberflächenschutz zu verstärken. In ersten Versuchen wurden quartäre Ammoniumverbindungen auf eigens synthetisierten superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (Durchmesser 10 – 30 nm) immobilisiert und die wachstumshemmende Wirkung untersucht. Erste Ergebnisse zeigten, dass eine Konzentration von 10 mg mL⁻¹ der Ammoniumverbindung in einer Wachstumshemmung des verwendeten Gram-negativen Modell-Mikroorganismus E. coli GFPmut2 resultiert. Zurzeit werden synergistisch wirkende Kombinationen von Partikeln mit Proteasen, quartären Ammoniumverbindungen, hydrophoben Oberflächen und mikrostrukturierten Oberflächen als antimikrobieller Schutz untersucht. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450264 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 9 IS - 86 SP - 1474 EP - 1475 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Sieker, T. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Simultane Vorbehandlung, Hydrolyse und Fermentation bei der Nutzung von grüner Biomasse zur Produktion von Bioethanol T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Gräser sind in der Lage, einen großen Teil der für eine biobasierte Wirtschaft benötigten Biomasse zur Verfügung zu stellen. Wie bei anderen lignocellulosehaltigen nachwachsenden Rohstoffen erfordert die Verwertung der im Gras enthaltenen Polysaccharide einen mehrstufigen Prozess aus Vorbehandlung, Hydrolyse und Fermentation. In Gräsern ist die Hemicellulose mitP henolcarbonsäuren wie Ferula- und p-Coumarsäure verestert, die die enzymatische Hydrolyse der Cellulose und Hemicellulose ebenso effektiv behindern wie Lignin. Anders als bei holzigen Rohstoffen ermöglicht dieser Aufbau aber eine enzymatische Vorbehandlung, mit der die Phenolcarbonsäuren abgespalten werden können. Da die bei der Vorbehandlung eingesetzten Enzyme in ihrer natürlichen Funktion synergistisch mit cellulytischen Enzymen zusammenarbeiten, besitzen sie ähnliche Optima wie die für die Hydrolyse der Polysaccharide eingesetzten Cellulasen und Hemicellulasen. Diese Eigenschaft ermöglicht die Integration von Vorbehandlung und Hydrolyse in einem einzigen Verfahrensschritt. Durch die Einführung der enzymatischen Vorbehandlung konnte das in der Literatur bekannte SSF-Verfahren für die Herstellung von Ethanol aus Gräsern um die Vorbehandlungsstufe erweitert werden. Das so realisierte simultaneous pretreatment, saccharification and fermentation (SPSF)-Verfahren stellt eine vollständige Integration der drei für die Nutzung von Lignocellulose nötigen Verfahrensschritte in der grünen Bioraffinerie dar. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050319 SN - 0009-286X N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1601 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Sieker, T. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland A1 - Bart, H.-J. A1 - Heinzle, E. T1 - Nutzung von Silage zur fermentativen Produktion von Grund-und Feinchemikalien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Grasschnitt hat in Deutschland ein beträchtliches Potenzial als nachwachsender Rohstoff. Da frischer Grasschnitt nur in den Sommermonaten zur Verfügung steht und Gras bei der Lagerung verrottet, wird er unter anderem durch Silierung konserviert. Während der Silierung wird ein Teil der wasserlöslichen Kohlenhydrate unter anaeroben Bedingungen zu Milchsäure fermentiert. Die Kombination aus Luftabschluss und Ansäuerung bewirkt die Konservierung der Silage. Silage als weit verbreitetes landwirtschaftliches Erzeugnis ist somit ein potentieller, in großen Mengen verfügbarer Lieferant für eine Vielzahl von Substraten für mikrobielle Fermentationen. Diese können entweder durch die Hydrolyse der in den Pflanzen enthaltenen Cellulosen und Hemicellulosen oder durch die Verwendung eines Silagepresssaftes nutzbar gemacht werden. Die zu entwickelnden Prozesse sollen die verbleibenden Kohlenhydrate, inklusive der Cellulose und Hemicellulose, sowie die Milchsäure nutzen. Die in der Silage enthaltenen Zucker sollen zu Ethanol, Itakonsäure und Bernsteinsäure und die Milchsäure zu 1,2-Propandiol umgesetzt werden. Anfallende Reststoffe wie Hydrolyserückstände, Presskuchen und Fermentationsrückstände sollen bei allen zu etablierenden Prozessen entweder als Viehfutter verwendet oder der Biogasproduktion zugeführt werden können, wodurch eine vollständige stoffliche und energetische Nutzung der Silage erreicht wird. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950271 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet‐Jahrestagung 2009 und 27. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 8.- 10. September 2009, Mannheim N1 - Das Projekt wird durch die Fachagenur für Nachwachsende Rohstoffe gefördert ((22025407)(07NR254)) VL - 81 IS - 8 SP - 1207 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Capitain, C. A1 - Hering, T. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Enzymatische Polymerisation von Ligninmodellkomponenten und Organosolv-Lignin mit aromatischen Aminosäuren T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die stoffliche Nutzung von Lignin aus Bioraffinerien ist ein wichtiger Bestandteil für den Wertschöpfungsprozess von nachwachsenden, pflanzlichen Rohstoffen. Lignin zählt zu den wenigen erneuerbaren Quellen für phenolische Bestandteile, wird aber derzeit meist nur thermisch verwertet. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Funktionalisierung von Lignin zur Verbesserung der Adhäsionseigenschaften. Als funktionelle Gruppe wird die aromatische Aminosäure L-DOPA verwendet, die charakteristisch für die Adhäsionskraft von Muscheln ist. Lignin ist ein geeignetes Stützgerüst, da es ein Polymer ist, das durch enzymkatalysierte Polymerisation gebildet wird. Essenziell für die Entwicklung ist ein besseres Verständnis über die Bildung von Lignin-Polymeren und deren verschiedene Eigenschaften. Um die Einflussfaktoren auf Kettenlänge und Polymerisationseffizienz zu untersuchen, werden zurzeit sowohl Ligninmodellkomponenten (LMK) als auch gelöstes Organosolv-Lignin verwendet. Laufende Untersuchungen werden zeigen, ob sich die enzymatische Polymerisationsreaktion auf ein gelöstes Ligninpolymer aus einem Organosolv-Aufschluss übertragen lässt. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650374 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1236 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Wulfhorst, H. A1 - Mogue, N. A1 - Möhring, S. A1 - Roth, J. A1 - Ulber, Roland T1 - Spektrometrische Messung und Modellierung der enzymatischen Hydrolyse von Biomasse nach Organosolv- und Liquid Hot Water-Aufschlüssen (LHW) T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In diesem Beitrag wird die NIR- und MIR-Spektrometrie in Kombination mit multivariaten Kalibrationsmodellen zur Analyse von Monosacchariden und Cellulose aus Biomasse etabliert. Spektrengemischter Standardlösungen mit definierten Glucose- und Xylosekonzentrationen in Wasser werden im NIR-(Lambda 750, Perkin Elmer, USA) und MIR-Bereich (Spektrum 100, PerkinElmer) in Gegenwart von entweder Carboxymethylcellulose oder Grasfasern aufgenommen. Darauf basierend werden Kalibrationsmodelle (Unscrambler®, CAMO-Software AS, Norwegen) entwickelt und zur Vorhersage der Zuckerkonzentration in den Hydrolyseproben und der Celluloseanteile angewendet. Darüber hinaus wird die Partikelgröße der Rohstoffe bestimmt. Die Messergebnisse bilden die experimentelle Basis für die numerische Modellierung der Reaktionskinetik der enzymatischen Hydrolyse von Lignocellulose. Das Modell kombiniert die Bilanzierung der Partikelgrößenverteilungen mit der Multienzymkinetik. Dabei werden neben der Partikelgrößenverteilung und der Substratkonzentration die Zusammensetzung der Rohstoffe nach Vorbehandlung sowie die Produktinhibierung und mehrere enzymatische Aktivitäten berücksichtigt. Das Modell ermöglicht es, die Partikelgrößenverteilungen und die Konzentrationen der Substrate und Produkte während der Hydrolyse vorherzusagen und die kinetischen Parameter im Batch- sowie im Fed-Batch-Reaktor zu bestimmen. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450269 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1584 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Thiel, A. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Suck, K. A1 - Sohling, U. A1 - Ruf, F. A1 - Ulber, Roland T1 - Simulation und Experiment bei der Aufarbeitung von Polyphenolen durch neue Silicatmaterialien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Nachwachsende Rohstoffe stellen eine reichhaltige Quelle für die Gewinnung von wirtschaftlich interessanten Biomolekülen dar. Die Gruppe der Polyphenole ist dabei für mehrere Industriezweige bedeutend. Ihre antioxidativen Eigenschaften sind z. B. für die Pharmaindustrie interessant. Im derzeit bearbeiteten Projekt sollen Polyphenole aus Pflanzenbestandteilen isoliert und aufgereinigt werden, um sie dann als Komponenten für eine Vernetzung von Polymeren auf der Basis von Fettsäuren einzusetzen. Bisher sind im Wesentlichen Prozesse zur Entfernung von Polyphenolen aus Getränken wie Bier und Wein bekannt. Eine Wiedergewinnung der Polyphenole war in diesen Anwendungen bisher nicht relevant. Die Gewinnung bzw. Abtrennung der Polyphenole erfolgt u. a. durch kommerziell erhältliche Adsorbentien wie PVPP, Adsorberharze XAD16 (Rhöm & Haas) oder SP70 (Sepabeads), deren Partikelgrößen im Bereichvon 0,1 ± 0,8 mm und spezifischen Oberflächen von 700 ± 900 m 2 /g liegen. Als Alternative zu diesen Adsorbern sollen neue Materialien auf Basis von anorganischen Trennmedien, wie z. B. natürlichen Tonmineralien, für die Polyphenolabtrennung verwendet werden. Derzeit wird durch Abgleich von Experiment und Simulation ein Materialscreening durchgeführt. Durch den Einsatz molekulardynamischer Bindungssimulationen wird die Adsorbersuche beschleunigt und Vorhersagen zu Modifikationen bei der Herstellung der neuen Adsorbentien ermöglicht. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050104 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1589 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Engel, M. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Einfluss eines Phenazin-Mediators und elektrischen Potenzials auf die Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In den letzten Jahren haben nachhaltige, biotechnologische Prozesse zunehmend an Bedeutung gewonnen. Die Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation (ABE-Fermentation) mit dem anaeroben Bakterium Clostridium acetobutylicum zur Gewinnung von Biobutanol könnte in diesem Zusammenhang eine Möglichkeit der nachhaltigen Kraftstoffproduktion darstellen. In dieser Arbeit wird der Einfluss zusätzlich verfügbarer Elektronen durch den Einsatz des Phenazin-Farbstoffs Neutralrot als Redoxmediator sowie das Anlegen eines elektrischen Potenzials während der ABE-Fermentation untersucht. Es wird gezeigt, dass das Neutralrot keinen Einfluss auf die Leerlaufspannung von ca. 500 mV vs. Ag/AgCl während der Fermentation hat. Der Mediator bewirkt allerdings eine frühere Butanolbildung sowie höhere Butanolkonzentrationen. Wird zudem die Mediatorkonzentration von 125 mM auf 250 mM angehoben, wird dabei auch die maximale Butanolkonzentration um 36 % ± 1,8 % innerhalb von28 Stunden gesteigert. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650105 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1254 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Staub, C. A1 - Sohling, U. A1 - Ruf, N. A1 - Ulber, Roland T1 - Adsorptive Aufreinigung von Molkeproteinen T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In der Molkeverarbeitung dominieren Membranfiltrationsverfahren die Prozessführung. Hierbei werden üblicherweise Aufkonzentrierungen der Proteine und deren Trennung von dem Milchzucker Lactose durchgeführt. Der Prozess der adsorptiven Aufreinigung soll als kostengünstige Alternative zu den bisher gebräuchlichen Verfahren dienen. Weiterhin eröffnet sich durch das Verfahren die Möglichkeit, einzelne Proteinfraktionen während der Verarbeitung anzureichern. Als Proteinquellen wurden für die Untersuchungen Modellproteine, Lösungen aus Molkenproteinisolat, Dünnmolke und Molkekonzentrat verwendet. Die Eignung zur Proteinbindung wurden an Tonmaterialien, Silicaten und y-Aluminiumoxiden in Pulverform, in Form von Granulaten sowie Extrudaten als auch sphärischen Partikeln überprüft. Adsorbentien aus Bentonit/Silica und c-Aluminiumoxid können sowohl a-Lactalbumin (aLA) als auch b-Lactoglobulin (bLG) binden, wohingegen Materialien aus Siliciumoxid lediglich ein starkes Adsorptionsverhalten gegenüber bLG zeigen. Mischmaterialien aus Siliciumoxid und a-Aluminiumoxid zeigen dasselbe Verhalten wie Materialien aus Siliciumoxid, weisen jedoch eine geringere Kapazität auf. Die Materialen wurden hinsichtlich ihres Einsatzes in chromatographischen Verfahren und Batch-Prozessen untersucht und ein Prozessentwurf für einen zweistufigen Batch-Prozess im Rührkessel erarbeitet. KW - Molkeproteine KW - Adsorption Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250395 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1285 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Rezension zu: Encyclopedia of Industrial Biotechnology, Vol. 1–7. By MC Flickinger. JF - Chemie Ingenieur Technik Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201290052 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) VL - 6 IS - 84 SP - 936 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Sieker, T. A1 - Duwe, A. A1 - Poth, S. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Itaconsäureherstellung aus Buchenholz-Hydrolysaten T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Aus hölzernen Cellulosen und Hemicellulosen können durch enzymatische Hydrolyse fermentierbare Zucker für die Herstellung von Chemikalien und Treibstoffen gewonnen werden. Die bisherige Forschung fokussiert sich oft auf die Nutzung dieser Zucker zur Gewinnung von Ethanol. Daneben muss aber auch die stoffliche Nutzung zur Gewinnung von Grundchemikalien berücksichtigt werden. Eine solche Grundchemikalie ist Itakonsäure. Obwohl die biotechnologische Itaconsäureproduktion bereits eingehend untersucht und etabliert ist, gestaltet sie sich im Rahmen von Bioraffinerien der zweiten Generation als schwierig, da der überwiegend verwendete Produktionsorganismus gegen eine weite Bandbreite von Inhibitoren sensibel ist. Die Herstellung von Itaconsäure aus Buchenholzhydrolysaten wird im Rahmen der deutschen Lignocellulose-Bioraffinerie entwickelt. Die unbehandelten Hydrolysate ermöglichen weder das Wachstum von Aspergillus terreus noch die Bildung von Itaconsäure. Daher werden Möglichkeiten zur Konditionierung des Hydrolysates mit dem Ziel einer Itaconsäureproduktion mit hohen Ausbeuten und Konzentrationen vorgestellt. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250414 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe N1 - Die präsentierte Arbeit wird vomBMELV über die FNR gefördert (Förderkennzeichen 22019409). VL - 84 IS - 8 SP - 1300 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Schumann, C. A1 - Rogin, S. A1 - Schneider, H. A1 - Oster, J. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Kampeis, P. T1 - Steuerung von HGMS-Prozessen mittels Durchflusszytometrie T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Hochgradientenmagnetseparation (HGMS) ist eine Methode zur Aufreinigung von biopharmazeutischen Produkten. Mit dieser Methode lässt sich in nur einem Schritt eine Fest/Fest/Flüssig-Trennung erzielen, was zu einer erheblichen Zeit- und Kostenersparnis im Downstreaming führt. Dennoch steht ihr industrieller Einsatz noch aus, was u. a. am Mangel an Analysenmethoden liegt, um die HGMS quantifizierbar zu machen. Gerade in der Pharmaproduktion werden Prozesse gebraucht, die gemäß den einschlägigen Vorschriften (cGMP) validiert und deren verfahrenstechnische Anlagenteile qualifiziert werden können. Die Schwierigkeit ist die Messung der magnetischen Mikrosorbentien in der Suspension, in der auch Zellen oder Zelltrümmer vorliegen. Im Rahmen eines Forschungsprojektes im „Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand“ des BMWi wurden verschiedene Analysenmethoden untersucht. Die Durchflusszytometrie ermöglicht eine Charakterisierung von Partikeln und eine simultane quantitative Messung. Durch die multiparametrige Messung kann zwischen Zellen, Zelltrümmern und Magnetpartikeln unterschieden werden. Die At-line-Einbindung des Durchflusszytometers ist durch den Einsatz einer externen Pumpe möglich. Über eine automatisierte Messwertanalyse kann der HGMS-Prozess mittels der Durchflusszytometrie gesteuert werden. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250125 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe N1 - Dieses Projekt wurde gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie VL - 84 IS - 8 SP - 1370 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Hering, T. A1 - Pasteur, A. A1 - Wollny, S. A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Magnetische Separation von Gold-Nanopartikeln zur Gluconsäure-Produktion durch Hochgradient-Magnetseparation im Labormaßstab T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Bei der Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe entsteht aus Cellulose oder Stärke u. a. das wichtige Produkt Glucose. Diese niedermolekulare Kohlenhydratquelle wird üblicherweise als Substrat für biotechnologische und chemische Synthesen verwendet. Ein wirtschaftlich interessantes Oxidationsprodukt der Glucose ist Gluconsäure, die beispielsweise als Lebensmittelzusatzstoff (E 574), in der Medizin und Metallindustrie Verwendung findet. Die Umsetzung des Monosaccharids zu Gluconsäure erfolgt entweder durch mikrobielle Fermentation oder der Oxidation an heterogenen Katalysatoren. Die Zielsetzung der Studie ist die Untersuchung der Glucoseoxidation an magnetisierbaren Gold-Nanopartikeln unter nachfolgender Bypass-Separation des Katalysators mittels einer neuen Mini-HGMS-Einheit (Hochgradient-Magnetseparation). Dieser Filtertyp ermöglicht die selektive Trennung magnetischer Partikel aus Suspensionen mit hohem Feststoffgehalt oder Viskosität. Erste Ergebnisse zeigen eine Beladungskapazität des selbstkonstruierten Mini-HGMS von 550 mg goldbeschichteter magnetisierbarer Nanopartikel. Die Oxidation erfolgt bei einem pH-Wertvon 9, bei 40 °C und mit 100 mM Glucose in einem begasten Rührkesselreaktor. Das System soll zukünftig zum Katalysatorrecycling von hochviskosen und Feststoffbelasteten Produktströmen aus Bioraffinerien eingesetzt werden. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450265 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1501 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Möhring, S. T1 - Nutzung von Fäulepilzen für die selektive Gewinnung von Cellulose und Lignin aus nicht vorbehandelter lignocellulosehaltiger Biomasse T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Einige Arten der Braun- und Weißfäulepilze sind in der Lage, selektiv entweder Lignin oder Cellulose im Holz abzubauen. Diese Pilze können für eine energiesparende Vorbehandlung lignocellulosehaltiger Biomasse für Bioraffinerien genutzt werden, ohne auf technisch aufwändige Aufschlussapparate zurückgreifen zu müssen. Weißfäulepilze bauen bevorzugt Lignin ab, wodurch die verbleibende Cellulose leichter für enzymatische Hydrolysen in das Monosaccharid Glucose zugänglich wird. Braunfäulepilze bauen dagegen Cellulose und Hemicellulose ab. Die Auswirkungen der Behandlung von Weizenstroh mit verschiedenen Pilzarten werden zurzeit untersucht. Dabei werden die Veränderung der enzymatischen Hydrolysierbarkeit des Substrats sowie die gebildeten Ligninderivate bestimmt. Detaillierte Betrachtungen der Biomasseveränderung werden mithilfe spezifischer Färbemethoden durchgeführt, durch die morphologische Veränderungen der Pflanzengewebe in der 3D-Lichtmikroskopie dargestellt werden können. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450353 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen N1 - Diese Arbeit wird durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft über die FNR e.V. unter dem Projektnamen „Lokale Vorbehandlung nachwachsender Rohstoffe für Bioraffinerien“ gefördert (FKZ 22028411) VL - 86 IS - 9 SP - 1385 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Wasserscheid, P. T1 - Rapid-Prototyping-Strukturen für ressourceneffiziente Prozesse in Chemie und Biotechnologie T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Teilefertigung durch Rapid Prototyping (RP) verkürzt den Weg von der Idee bis zum Produkt, wobei unter anderem Optimierungszyklen in geringer Zeit durchlaufen werden können. Ferner eröffnen neue Entwicklungen in diesem Bereich die Möglichkeit individueller Produktionsverfahren. Im Unterschied zur klassischen Fertigung von Prototypen wird beim RP mit additiver Schichtfertigung (Additive Layer Manufacturing, ALM) gearbeitet. Je nach Methode werden Flüssigkeiten oder Pulver nach Vorgaben eines 3D-Computermodells sequentiell aufgetragen. Diese Verfahren existieren seit ca. 25 Jahren, jedoch sind seit kurzem ausgesprochen günstige Geräte verfügbar, die Objekte mit Genauigkeiten bis 20 lm fertigen können. Das RP hat in klinischen Anwendungsgebieten bzw. im Bereich des Tissue Engineering bereits vielfach Einzug gefunden. Aber auch chemisch-biotechnologische Entwicklungen können von den Verfahren profitieren. So wurden Mikrofluidiksysteme und Bioreaktoren bereits erfolgreich durch RP gefertigt. Durch ALM ist ebenso die Herstellung von Reaktionseinheiten aus biokompatiblen Materialien wie ionotropen Gelen möglich. Ferner sind sehr komplexe Strukturierungen von Oberflächen im Nanometerbereich realisierbar, die für die Auftragung heterogener Katalysatoren oder auch Mikroorganismen eingesetzt werden können. Auch der Bereich Reaktoren- und Apparatebau kann von den Fortschritten in der additiven Fertigung profitieren. Verfahren wie selektives Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen erlauben es, metallische Komponenten in nahezu beliebigen Geometrien zu fertigen. Somit können Strukturen verwirklicht werden, die mit konventionellen Fertigungstechniken nur sehr schwer oder überhauptnicht herstellbar wären. Durch Anwendung von rechnergestützter Modellierung können optimale Strukturen identifiziert und additiv gefertigt werden. Eine anschließende katalytische Funktionalisierung der Oberfläche ermöglicht die Herstellung strukturierter Reaktoren mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450451 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1369 EP - 1370 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Duwe, Anna A1 - Rais, Dominik A1 - Zibek, Susanne A1 - Zorn, H. T1 - Optimierung und Scale-up der enzymatischen Hydrolyse inkl. Ligninabbau T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Primäre Ziele der Hydrolyse pflanzlicher nachwachsender Rohstoffe sind möglichst hohe Zuckerkonzentrationen für nachfolgende Fermentationen und eine Maximierung der Produktivität. Zur Optimierung dieser Prozesse wird Organosolv-aufgeschlossene Buchenholz-Cellulose verwendet. Die Hydrolyse des Faserstoffes erfolgt mithilfe von Novozymes CTec2-Enzymen. Die Hydrolysen konnten durch neue Rührerelemente auf einen Maßstab von 1000 L übertragen werden. Dabei konnten maximale Ausbeuten (g Glucose g –1 Glucose im Faserstoff) bis 81 g g – 1 und Konzentrationen von 152 g L –1 erreicht werden. Zurzeit können unter Einsatz eines Feststoffreaktors Cellulosefasern in einer Konzentration bis 400 g L –1 enzymatisch hydrolysiert werden. Die cellulolytischen Enzyme stoßen bei hohen Feststoffkonzentrationen an ihre Grenzen. Mit steigendem Feststoffgehalt nimmt die Hydrolyseausbeute ab. Ein Ansatz zur Steigerung der Effizienz ist der Einsatz ligninolytischer Enzyme, die Ligninreste an der Organosolv-Cellulose aufschließen können. Eine solche Verbesserung der Zugänglichkeit für cellulolytische Enzyme an ihr Substrat wurde durch Kulturüberstände verschiedener ligninolytischer Pilze erreicht. Mit Kulturüberständen von Stereum sp. sind Steigerungen der Glucoseausbeuten um bis zu 30 % möglich. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450287 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen N1 - Förderung vom Bundesministeriumfür Ernährung und Landwirtschaftdurch den Projektträger FNR e. V. im Rahmen des Projekts FKZ 22019409 VL - 86 IS - 9 SP - 1515 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Wollny, S. A1 - Al-Kaidy, H. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Prozessintegrierte Magnetseparation im Labormaßstab mittels High-Gradient Magnetic Separator (HGMS) T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Hochgradient-Magnetseparation (HGMS) stellt eine Alternative zu konventionellen Methoden der Proteinaufarbeitung wie Filtration und Chromatographie dar und dient zudem als Prozessintensivierung. Bisherige Separatoren sind für Anwendungen von mehreren Litern Prozessvolumina Fermentationsmedium und Gramm Magnetpartikel ausgelegt. Bei der Entwicklung und Anwendung neuartiger Magnetpartikeloberflächen ist die Verfügbarkeit großer Mengen nicht gegeben. Bisherige Filterkammern erhöhen zudem den Arbeitsaufwand und verursachen größere Partikelverluste bei Spülvorgängen oder der Reinigung aufgrund der Partikeladsorption. Für Anwendungen im Maßstab < 500 mL wird deshalb ein Miniatur-Hochgradientfilter (miniHGF) entwickelt. Das Modell wird im 3D-Drucker Makerbot Replicator 2 gefertigt und magne-isierbare Drähte zur Partikelabscheidung eingesetzt. Die Vergleichbarkeit mit einem etablierten Magnetseparator wird anhand der Aufnahme von Durchbruchskurven und Bestimmung der Filtereffizienz untersucht. Die Praxistauglichkeit mit kleinen Volumina wird in wiederholten Batch-Versuchen mit auf Magnetpartikeln immobilisiertem Enzym und einem kolorimetrischen Assay geprüft. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450618 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1507 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Duwe, A. A1 - Sieker, T. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Grasssilage als Substrat zur fermentativen Produktion organischer Säuren T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Der zunehmende Bedarf an fossilen Rohstoffen bei gleichzeitig abnehmender Versorgungssicherheit führt zu einer intensiven Suche nach erneuerbaren Ressourcen. Ein vielversprechendes Ausgangsmaterial mit einer weltweiten Verfügbarkeit stellt Gras dar. In 2012 wurden in Deutschland 33 Millionen Tonnen (Heugewicht) Gras auf 4,82 Millionen Hektar Ackerland produziert, davon wurden 60,5 % siliert. Durch die Silierung kann Gras als Substrat zeitlich uneingeschränkt verfügbar sein, ohne dem Risiko des schnellen Verderbs ausgesetzt zu sein. Eine Schlüsselrolle im Rahmen des Silierprozesses nimmt die Produktion von Milchsäure ein. Milchsäure ist einbedeutendes biotechnologisches Produkt für die Lebensmittel- und die chemische Industrie. Im Rahmen dieser Arbeit wird die vollständige Umwandlung der fermentierbaren Zucker in der Silage zu Milchsäure angestrebt, um die maximale Ausbeute der organischen Säure zu erreichen. Im ersten Verfahrensschritt wird die Silage gepresst und der erhaltene Presskuchen einer Liquid-Hot-Water-Behandlung unterzogen. Durch diese einfache Vorbehandlung können hohe Glucoseausbeuten im nachfolgenden SSF-Schritt bei gleichzeitig geringem Enzymeinsatz und Chemikalienverbrauch realisiert werden. Zur Aufreinigung der Milchsäure wurden extraktive und chromatographische Methoden untersucht. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450345 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1400 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - THES A1 - Giernich, Marie T1 - Zookunft: Zoo der Zukunft N2 - Inmitten globaler Natur- und Artenschutzherausforderungen ist die Transformation zoologischer Einrichtungen entscheidend. "Zookunft" präsentiert ein innovatives Konzept für ein Tropenhaus im Kölner Zoo, das Natur und Augmented Reality einzigartig verknüpft. Ziel ist ein Raumkonzept, welches den Besucher:innen ein tiefes Verständnis für die Fauna und Flora des südostasiatischen Regenwaldes vermitteln soll. Durch die geschickte Integration von Augmented Reality entsteht eine innovative Lern- und Erlebniswelt, die Umweltschutz- und Artenschutzbemühungen unterstützt und nachhaltige Bildung fördert. Besuchende tauchen aktiv in die faszinierende Welt des Regenwaldes ein, wenn Natur und Augmented Reality eine immersive Umgebung schaffen. "Zookunft" soll als Vorreiter für Zooumgestaltungen dienen, Mensch und Natur verbinden und nachhaltige Bildung fördern. Ein Raum, der Naturerlebnisse und Technologie beeindruckend kombiniert. KW - Zoo KW - Tropenhaus KW - Südostasien KW - Nachhaltigkeit KW - Bildung Y1 - 2024 N1 - Für diese Arbeit steht kein Volltext zur Verfügung. PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - GEN A1 - Poth, S. A1 - Monzon, M. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Enzymatische Hydrolyse von vorbehandelter Lignocellulose T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die ökonomische Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und der klimatische Wandel durch die Nutzung dieser haben zu einer intensiven Suche nach erneuerbaren Rohstoffen für die Produktion von Chemikalien und Treibstoffen geführt. Ein viel versprechender Rohstoff in diesem Zusammenhang sind Zucker, die mittels enzymatischer Hydrolyse aus Lignocellulose gewonnen und beispielsweise zu Ethanol umgesetzt werden können. Dabei ist es notwendig die Hydrolyse in Hinsicht auf das verwendete Substrat und die Verwendung der entstehenden Hydrolysate für die Fermentation von Alkohol zu optimieren. Als Substrat dienen Cellulose- und Hemicellulose-Fraktionen, die durch thermo-chemische Vorbehandlung von Holz gewonnen werden. Die Vorbehandlung erfolgt bei unserem Projektpartner am Johann Heinrich von Thünen Institut in Hamburg. Verschiedene kommerziell erhältliche Enzyme, thermostabile eingeschlossen, wurden auf ihre Fähigkeit hin untersucht, diese Fraktionen zu den entsprechenden Zuckern umsetzen zu können. Um die Konzentration an fermentierbaren Zuckern zu steigern werden verschiedene Optimierungen durchgeführt, z. B. die Erhöhung der Substrat- bzw. Enzymkonzentrationen. Ein weiterer interessanter Ansatz, welcher ebenfalls verfolgt wird, ist es die Hydrolyse und die Fermentation in einem Schritt durchzuführen. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950244 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet‐Jahrestagung 2009 und 27. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 8.- 10. September 2009, Mannheim N1 - Das hier vorgestellte Vorhaben wird durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert: „Verbundvorhaben: Pilotprojekt Lignocellulose-Bioraffinerie, Teilvorhaben 1: Extraktverarbeitung, Enzymtechnologie, verfahrenstechnische Untersuchungen, Ökobilanzierung, Wirtschaftlichkeitsberechnungen“ (Förderkennzeichen: FNR 22027405) VL - 81 IS - 8 SP - 1049 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Staub, C. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Suck, K. A1 - Ruf, F. A1 - Sohling, U. A1 - Ulber, Roland T1 - Aufreinigung von Molkeproteinen mittels natürlicher Adsorbermaterialien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Molke als Nebenprodukt der Käseherstellung wurde lange Zeit als Abfall betrachtet. Bedingt durch ihren hohen BOD (biological oxygen demand) war die direkte Einleitung in Gewässer, aber auch der mikrobielle Abbau in Kläranlagen bedenklich. Falls eine Weiterverarbeitung der Molke stattfand, so geschah dies meist zu Molkepulver oder Proteinkonzentrat. Als Untersuchungen der Molkeproteine jedoch unter pharmazeutischen Gesichtspunkten interessante Eigenschaften nahelegten, stieg das Interesse am Bioprodukt Molke und ihren Proteinen an. So stehen beispielsweise für die Molkeproteine a-Lactalbumin (ala) und b-Lactoglobulin (blg) antibakterielle, anticancerogene und diverse andere physiologische Effekte in der Diskussion. Gegenwärtig finden meist Membranverfahren zur Aufreinigung von Molkeproteinen Anwendung. Als alternatives Verfahren wurde am Institut für Bioverfahrenstechnik in Kaiserslautern ein chromatographisches Verfahren entwickelt, bei dem natürliche Tonminerale zum Einsatz kamen. Nach chemischer und physikalischer Modifikation des Ausgangsmaterials durch den Hersteller Süd-Chemie wurden drei der Adsorber für nähere Untersuchungen zur Auftrennung von Molkeproteinen aus Molkekonzentrat herangezogen. Nach einer Cross-Flow-Filtration des Molkekonzentrats erfolgte die Aufreinigung der Molkeproteine in einem FPLC-System. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950310 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet‐Jahrestagung 2009 und 27. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 8.- 10. September 2009, Mannheim VL - 81 IS - 8 SP - 1299 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Golland, Alexander A1 - Kriegesmann, Torben T1 - Zivilprozessuale Fragen zum datenschutzrechtlichen Schadensersatzanspruch JF - MMR - Zeitschrift für IT-Recht und Recht der Digitalisierung N2 - Im Verfahren gegen die Österreichische Post AG (Rs. C-300/21) befasste sich der EuGH erstmals mit dem in Art. 82 DS-GVO geregelten datenschutzrechtlichen Schadensersatzanspruch. Mit den Klarstellungen des EuGH verschieben sich die Probleme nun stärker zu den „klassischen“ Fragen des Schadensersatzrechts im Zivilprozess. Relevant sind dabei vor allem Aspekte der Darlegungs- und Beweislast und deren Besonderheiten mit Blick auf den Ersatz immaterieller Schäden. Der Beitrag fokussiert sich auf die Voraussetzungen und den dabei zu führenden Tatsachenbeweis bei der Klage des Betroffenen gegen den Verantwortlichen auf Ersatz immaterieller Schäden. Y1 - 2023 SN - 2698-7988 IS - 10 SP - 733 EP - 739 PB - Beck CY - München ER - TY - CHAP A1 - Golland, Alexander ED - Wagner, Ralph T1 - Kommentierung von §§ 6 bis 10 EKD-Datenschutzgesetz T2 - EKD-Datenschutzgesetz. Datenschutzbestimmungen der evangelischen Kirche Y1 - 2024 SN - 978-3-8487-8111-9 SP - 153 EP - 228 PB - Nomos CY - Baden-Baden ER - TY - RPRT A1 - Barnat, Miriam A1 - Arntz, Kristian A1 - Bernecker, Andreas A1 - Fissabre, Anke A1 - Franken, Norbert A1 - Goldbach, Daniel A1 - Hüning, Felix A1 - Jörissen, Jörg A1 - Kirsch, Ansgar A1 - Pettrak, Jürgen A1 - Rexforth, Matthias A1 - Josef, Rosenkranz A1 - Terstegge, Andreas T1 - Strategische Gestaltung von Studiengängen für die Zukunft: Ein kollaborativ entwickeltes Self-Assessment BT - Diskussionspapier Nr. 33 T2 - Hochschulforum Digitalisierung - Diskussionspapier N2 - Das Diskussionspapier beschreibt einen Prozess an der FH Aachen zur Entwicklung und Implementierung eines Self-Assessment-Tools für Studiengänge. Dieser Prozess zielte darauf ab, die Relevanz der Themen Digitalisierung, Internationalisierung und Nachhaltigkeit in Studiengängen zu stärken. Durch Workshops und kollaborative Entwicklung mit Studiendekan:innen entstand ein Fragebogen, der zur Reflexion und strategischen Weiterentwicklung der Studiengänge dient. Y1 - 2024 SN - 2365-7081 PB - Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Kramer, Pia A1 - Bragard, Michael A1 - Ritz, Thomas A1 - Ferfer, Ute A1 - Schiffers, Tim T1 - Visualizing, Enhancing and Predicting Students’ Success through ECTS Monitoring T2 - 2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON) N2 - This paper serves as an introduction to the ECTS monitoring system and its potential applications in higher education. It also emphasizes the potential for ECTS monitoring to become a proactive system, supporting students by predicting academic success and identifying groups of potential dropouts for tailored support services. The use of the nearest neighbor analysis is suggested for improving data analysis and prediction accuracy. KW - Monitoring KW - Engineering education KW - Data visualization KW - Accuracy KW - Data analysis Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1109/EDUCON60312.2024.10578652 SN - 2165-9559 SN - 2165-9567 (eISSN) N1 - 2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON), 08-11 May 2024, Kos Island, Greece PB - IEEE CY - New York, NY ER - TY - CHAP A1 - Rütters, René A1 - Bragard, Michael A1 - Dolls, Sarah T1 - The Inverted Rotary Pendulum: Facilitating Practical Teaching in Advanced Control Engineering T2 - 2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON) N2 - This paper outlines a practical approach to teach control engineering principles, with an inverted rotary pendulum, serving as an illustrative example. It shows how the pendulum is embedded in an advanced course of control engineering. This approach is incorporated into a flipped-classroom concept, as well as classical teaching concepts, offering students practical experience in control engineering. In addition, the design of the pendulum is shown, using a Raspberry Pi as the target platform for Matlab Simulink. This pendulum can be used in the classroom to evaluate the controller design mentioned above. It is analysed if the use of the pendulum generates a deeper understanding of the learning contents. KW - Matlab KW - Engineering education KW - Online services KW - Software packages KW - Electronic learning KW - Control engineering Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1109/EDUCON60312.2024.10578937 SN - 2165-9559 SN - 2165-9567 (eISSN) N1 - 2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON), 08-11 May 2024, Kos Island, Greece PB - IEEE CY - New York, NY ER - TY - CHAP A1 - Becker, Tim A1 - Bragard, Michael T1 - Low-Voltage DC Training Lab for Electric Drives - Optimizing the Balancing Act Between High Student Throughput and Individual Learning Speed T2 - 2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON) N2 - After a brief introduction of conventional laboratory structures, this work focuses on an innovative and universal approach for a setup of a training laboratory for electric machines and drive systems. The novel approach employs a central 48 V DC bus, which forms the backbone of the structure. Several sets of DC machine, asynchronous machine and synchronous machine are connected to this bus. The advantages of the novel system structure are manifold, both from a didactic and a technical point of view: Student groups can work on their own performance level in a highly parallelized and at the same time individualized way. Additional training setups (similar or different) can easily be added. Only the total power dissipation has to be provided, i.e. the DC bus balances the power flow between the student groups. Comparative results of course evaluations of several cohorts of students are shown. KW - Synchronous machines KW - Power dissipation KW - Throughput KW - Low voltage KW - DC machines KW - Manifolds KW - Training Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1109/EDUCON60312.2024.10578902 SN - 2165-9559 SN - 2165-9567 (eISSN) N1 - 2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON), 08-11 May 2024, Kos Island, Greece PB - IEEE CY - New York, NY ER - TY - RPRT A1 - Birmans, Katrin A1 - Tambornino, Philipp A1 - Ullrich, Anna Valentine T1 - 5 Gründe für Coscine - Handreichung für Forschende an HAW N2 - Welche Vorteile bietet die Forschungsdatenmanagement-Plattform Coscine für die Verwaltung von Daten in Forschungsprojekten? Hierzu gibt die Handreichung einen schnellen Überblick über den landesgeförderten Dienst Coscine für Forschende und FDM-Service-Personal an HAW in NRW (DH.NRW-Hochschulen). FDM-Service-Mitarbeitende können die Handreichung in ihrer Beratung zu Coscine einsetzen und mit der Eingabemaske in der Kopfzeile des Dokuments auf ihre Hochschule anpassen. Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.5281/zenodo.12156734 N1 - Die Handreichung ist im Projekt Persist@HAW (FK: 16FDFH129), gefördert vom BMBF, entstanden. ER - TY - RPRT A1 - Birmans, Katrin A1 - Tambornino, Philipp A1 - Ullrich, Anna Valentine T1 - Bevor Sie Coscine nutzen - Handreichung für Forschende an HAW N2 - Um die Forschungsdatenmanagement-Plattform Coscine optimal für Forschungsprojekte nutzen zu können, ist es sinnvoll, einige Fragen im Vorhinein zu klären. So können aufwendige Änderungen der Datenverwaltung im Nachhinein vermieden werden. Hierzu bietet die Handreichung hilfreiche Leitfragen und Erläuterungen für Forschende und FDM-Service-Personal an HAW in NRW (DH.NRW-Hochschulen). FDM-Service-Mitarbeitende können die Handreichung in ihrer Beratung zu Coscine einsetzen und mit der Eingabemaske in der Kopfzeile des Dokuments auf ihre Hochschule anpassen. Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.5281/zenodo.12158546 N1 - Die Handreichung ist im Projekt Persist@HAW (FK: 16FDFH129), gefördert vom BMBF, entstanden. ER - TY - RPRT A1 - Hoffmann, Sarah A1 - Ullrich, Anna Valentine T1 - 30 Minuten FDM für HAW. Ein Informationsformat für Forschende an HAW in NRW N2 - Wie kann man das Thema Forschungsdatenmanagement (FDM) konkret und anwendbar für Forschende gestalten, die bisher noch wenig Kontakt damit hatten? Auf diese Frage gibt das Konzept „30 Minuten FDM für HAW. Ein Informationsformat für Forschende an HAW in NRW“ eine Antwort. Es entstand als Projektarbeit im Zertifikatskurs Forschungsdatenmanagement 2023/24 Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.5281/zenodo.12569282 ER - TY - RPRT A1 - Birmans, Katrin A1 - Schick, Elena A1 - Tambornino, Philipp A1 - Ullrich, Anna Valentine T1 - Ingenieurwissenschaften im Fokus: Zugänge zu einem effektiven Forschungsdatenmanagement an HAW N2 - Im Rahmen der Love Data Week vom 12. bis 16.02.2024 haben die BMBF-Projekte FDM2_TH_Koeln der TH Köln (FK 16FDFH105) und Persist@HAW der FH Aachen (FK 16FDFH129) am 15.02.2024 gemeinsam eine Online-Veranstaltung mit dem Titel „Ingenieurwissenschaften im Fokus: Zugänge zu einem effektiven Forschungsdatenmanagement an HAW“ angeboten. Diese richtete sich an Forschende aus den Ingenieurwissenschaften, die einen ersten Zugang zum Thema Forschungsdatenmanagement (FDM) suchen und erfahren möchten, welche speziellen Angebote für die Daten aus den Ingenieurwissenschaften existieren. In der Veranstaltung wurden wesentliche Aspekte des Forschungsdatenmanagements entlang des Datenlebenszyklus beleuchtet. Ziel war es, den Teilnehmenden praxisnahe Einblicke und Hilfestellungen zu einem effektiven Umgang mit Forschungsdaten an Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) zu bieten. Durch Beispiele und konkrete Empfehlungen wurde das Thema zugänglich gemacht. Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.5281/zenodo.12545429 N1 - Die Originalpräsentation ist über Conceptboard einsehbar: https://app.conceptboard.com/board/c651-e781-dr9h-zfyu-gkq9 ER - TY - CHAP A1 - Fissabre, Anke ED - Naujokat, Anke ED - Hake, Verena ED - Schindler, Bruno ED - Schötten, Björn T1 - Eine moderne Sainte-Chapelle in Köln. Otto Bartnings Stahlkirche auf der Pressa 1928 T2 - Baugedanken: Einsichten, Ansichten, Aussichten für Jan Pieper zum 80. Geburtstag Y1 - 2024 SN - 978-3-943164-87-9 SP - 66 EP - 81 PB - Geymüller Verag für Architektur CY - Aachen ER - TY - JOUR A1 - Aliazizi, Fereshteh A1 - Özsoylu, Dua A1 - Bakhshi Sichani, Soroush A1 - Khorshid, Mehran A1 - Glorieux, Christ A1 - Robbens, Johan A1 - Schöning, Michael J. A1 - Wagner, Patrick T1 - Development and Calibration of a Microfluidic, Chip-Based Sensor System for Monitoring the Physical Properties of Water Samples in Aquacultures JF - Micromachines N2 - In this work, we present a compact, bifunctional chip-based sensor setup that measures the temperature and electrical conductivity of water samples, including specimens from rivers and channels, aquaculture, and the Atlantic Ocean. For conductivity measurements, we utilize the impedance amplitude recorded via interdigitated electrode structures at a single triggering frequency. The results are well in line with data obtained using a calibrated reference instrument. The new setup holds for conductivity values spanning almost two orders of magnitude (river versus ocean water) without the need for equivalent circuit modelling. Temperature measurements were performed in four-point geometry with an on-chip platinum RTD (resistance temperature detector) in the temperature range between 2 °C and 40 °C, showing no hysteresis effects between warming and cooling cycles. Although the meander was not shielded against the liquid, the temperature calibration provided equivalent results to low conductive Milli-Q and highly conductive ocean water. The sensor is therefore suitable for inline and online monitoring purposes in recirculating aquaculture systems. KW - chip-based sensor setup KW - aquaculture KW - microfluidics KW - impedance spectroscopy KW - thermometry KW - electrical conductivity of liquids Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3390/mi15060755 SN - 2072-666X N1 - This article belongs to the Special Issue "Multisensor Arrays" N1 - Corresponding author: Michael J. Schöning VL - 15 IS - 6 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - GEN A1 - Frauenrath, Tobias A1 - Dieringer, Matthias A1 - Patel, Nishant A1 - Zerdem, Celal A1 - Hentschel, Jan A1 - Renz, Wolfgang A1 - Niendorf, Thoralf T1 - From Artifact to Merit: Cardiac Gated MRI at 7T & 3T using Magneto-Hydrodynamic Effects for Synchronization T2 - 2011 ISMRM Annual Meeting Proceedings N2 - ECG is corrupted by magneto-hydrodynamic effects at higher magnetic field strength. Artifacts in the ECG trace and severe T-wave elevation might be mis-interpreted as R-waves. MHD being inherently sensitive to blood flow and blood velocity provides an alternative approach for cardiac gating, even in peripheral target areas far away from the commonly used upper torso positions of ECG electrodes. This feature would be very beneficial to address traveling time induced motion artifacts and trigger latency related issues raised by ECG-gated peripheral MR angiography. For all those reasons, this work proposes the use of MHD-trigger for cardiac gated MR. Y1 - 2011 SN - 1545-4428 N1 - ISMRM 19th Annual Meeting & Exhibition, 7-13 May 2011, Montreal, Quebec, Canada ER - TY - GEN A1 - Frauenrath, Tobias A1 - de Geyer d'Orth, Thibaut A1 - Niendorf, Thoralf T1 - Assessment of Accuracy & Reproducibility of ECG, Pulse Oximetry & Phonocardiogram Gating of Cardiac MRI at 7T T2 - 2011 ISMRM Annual Meeting Proceedings N2 - At (ultra)high magnetic fields the artifact sensitivity of ECG recordings increases. This bears the risk of R-wave mis-registration which has been consistently reported for ECG triggered CMR at 7.0T. Realizing the constraints of conventional ECG, acoustic cardiac triggering (ACT) has been proposed. The clinical ACT has not been carefully examined yet. For this reason, this work scrutinizes the suitability, accuracy and reproducibility of ACT for CMR at 7.0T. For this purpose, the trigger reliability and trigger detection variance are examined together with an qualitative and quantitative assessment of image quality of the heart at 7.0T. Y1 - 2011 SN - 1545-4428 N1 - ISMRM 19th Annual Meeting & Exhibition, 7-13 May 2011, Montreal, Quebec, Canada ER - TY - GEN A1 - Martin, Conrad Steven A1 - Frauenrath, Tobias A1 - Zerdem, Celal A1 - Renz, Wolfgang A1 - Niendorf, Thoralf T1 - Evaluation of Magneto Alert Sensor (MALSE) to Improve MR Safety by Decreasing the Incidence of Ferromagnetic Projectile Accidents T2 - 2011 ISMRM Annual Meeting Proceedings N2 - The magnetic forces of fringe magnetic fields of MR systems on ferromagnetic components can impose a severe patient, occupational health and safety hazard. MRI accidents are listed as number 9 of the top 10 risks in modern medicine. With the advent of ultrahigh field MR systems including passively shielded magnet versions, this risk, commonly known as the missile or projectile effect is even more pronounced. A strategy employing magnetic field sensors which can be attached to ferromagnetic objects that are commonly used in a clinical environment is conceptually appealing for the pursuit of reducing the risk of ferromagnetic projectile accidents. Y1 - 2011 SN - 1545-4428 N1 - ISMRM 19th Annual Meeting & Exhibition, 7-13 May 2011, Montreal, Quebec, Canada ER - TY - GEN A1 - Frauenrath, Tobias A1 - Renz, Wolfgang A1 - Rieger, Jan A1 - Gömmel, Andreas A1 - Butenweg, Christoph A1 - Niendorf, Thoralf T1 - High Spatial Resolution 3D MRI of the Larynx Using a Dedicated TX/RX Phased Array Coil at 7.0T T2 - 2010 ISMRM-ESMRMB joint annual meeting N2 - MRI holds great potential for elucidating laryngeal and vocal fold anatomy together with the assessment of physiological processes associated in human phonation. However, MRI of human phonation remains very challenging due to the small size of the targeted structures, interfering signal from fat, air between the vocal folds and surrounding muscles and physiological motion. These anatomical/physiological constraints translate into stringent technical requirements in balancing, scan time, image contrast, immunity to physiological motion, temporal resolution and spatial resolution. Motivated by these challenges and limitations this study is aiming at translating the sensitivity gain at ultra-high magnetic fields for enhanced high spatial resolution 3D imaging of the larynx and vocal tract. To approach this goal a dedicated two channel TX/RX larynx coil is being proposed. Y1 - 2010 SN - 1545-4428 N1 - ISMRM-ESMRMB joint annual meeting, 1 - 7 May 2010, Stockholm, Sweden ER - TY - GEN A1 - Hezel, Fabian A1 - Frauenrath, Tobias A1 - Renz, Wolfgang A1 - Schulz-Menger, Jeanette A1 - Niendorf, Thoralf T1 - Feasibility of CINE Myocardial T2* Mapping Using Susceptibility Weighted Gradient-Echo Imaging at 7.0 T T2 - 2010 ISMRM-ESMRMB joint annual meeting N2 - This study is designed to demonstrate the promise of susceptibility weighted 2D CINE FLASH and T2* Mapping of the heart at 7T. Y1 - 2010 SN - 1545-4428 N1 - ISMRM-ESMRMB joint annual meeting, 1 - 7 May 2010, Stockholm, Sweden ER - TY - GEN A1 - Frauenrath, Tobias A1 - Becker, Meike A1 - Hezel, Fabian A1 - Krombach, Gabriele A. A1 - Kremer, Ute A1 - Schulz-Menger, Jeanette A1 - Niendorf, Thoralf T1 - Comparison of Left Function Assessment Using Phonocardiogram and Electrocardiogram Triggered 2D SSFP CINE MR Imaging at 1.5 T and 3.0 T T2 - 2010 ISMRM-ESMRMB joint annual meeting N2 - As high-field cardiac MRI (CMR) becomes more widespread the propensity of ECG to distortions and mistriggering increases and with it the motivation for a cardiac triggering alternative. Hence, this study explores the suitability of acoustic cardiac triggering (ACT) for left ventricular (LV) function assessment in healthy subjects at 1.5T and 3.0T. Y1 - 2010 SN - 1545-4428 N1 - ISMRM-ESMRMB joint annual meeting, 1 - 7 May 2010, Stockholm, Sweden ER - TY - GEN A1 - Dieringer, Matthias A. A1 - Renz, Wolfgang A1 - Lindel, Tomasz A1 - Seifert, Frank A1 - Frauenrath, Tobias A1 - Waiczies, Helmar A1 - von Knobelsdorff-Brenkhoff, Florian A1 - Santoro, Davide A1 - Hoffmann, Werner A1 - Ittermann, Bernd A1 - Schulz-Menger, Jeanette A1 - Niendorf, Thoralf T1 - 4CH TX/RX Surface Coil for 7T: Design, Optimization and Application for Cardiac Function Imaging T2 - 2010 ISMRM-ESMRMB joint annual meeting N2 - Practical impediments of ultra high field cardiovascular MR (CVMR) can be catalogued in exacerbated magnetic field and radio frequency (RF) inhomogeneities, susceptibility and off-resonance effects, conductive and dielectric effects in tissue, and RF power deposition constraints, which all bear the potential to spoil the benefit of CVMR at 7T. Therefore, a four element cardiac transceive surface coil array was developed. Cardiac imaging provided clinically acceptable signal homogeneity with an excellent blood myocardium contrast. Subtle anatomic structures, such as pericardium, mitral and tricuspid valves and their apparatus, papillary muscles, and trabecles were accurately delineated. Y1 - 2010 SN - 1545-4428 N1 - ISMRM-ESMRMB joint annual meeting, 1 - 7 May 2010, Stockholm, Sweden ER - TY - JOUR A1 - Fiedler, Thomas M. A1 - Orzada, Stephan A1 - Flöser, Martina A1 - Rietsch, Stefan H. G. A1 - Quick, Harald H. A1 - Ladd, Mark E. A1 - Bitz, Andreas T1 - Performance analysis of integrated RF microstrip transmit antenna arrays with high channel count for body imaging at 7 T JF - NMR in Biomedicine N2 - The aim of the current study was to investigate the performance of integrated RF transmit arrays with high channel count consisting of meander microstrip antennas for body imaging at 7 T and to optimize the position and number of transmit ele- ments. RF simulations using multiring antenna arrays placed behind the bore liner were performed for realistic exposure conditions for body imaging. Simulations were performed for arrays with as few as eight elements and for arrays with high channel counts of up to 48 elements. The B1+ field was evaluated regarding the degrees of freedom for RF shimming in the abdomen. Worst-case specific absorption rate (SARwc ), SAR overestimation in the matrix compression, the number of virtual obser- vation points (VOPs) and SAR efficiency were evaluated. Constrained RF shimming was performed in differently oriented regions of interest in the body, and the devia- tion from a target B1+ field was evaluated. Results show that integrated multiring arrays are able to generate homogeneous B1+ field distributions for large FOVs, espe- cially for coronal/sagittal slices, and thus enable body imaging at 7 T with a clinical workflow; however, a low duty cycle or a high SAR is required to achieve homoge- neous B1+ distributions and to exploit the full potential. In conclusion, integrated arrays allow for high element counts that have high degrees of freedom for the pulse optimization but also produce high SARwc , which reduces the SAR accuracy in the VOP compression for low-SAR protocols, leading to a potential reduction in array performance. Smaller SAR overestimations can increase SAR accuracy, but lead to a high number of VOPs, which increases the computational cost for VOP evaluation and makes online SAR monitoring or pulse optimization challenging. Arrays with interleaved rings showed the best results in the study. KW - body imaging at UHF MRI KW - integrated transmit coil arrays KW - VOP compression Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/nbm.4515 SN - 0952-3480 (ISSN) SN - 1099-1492 (eISSN) VL - 34 IS - 7 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Harris, Isaac A1 - Kleefeld, Andreas T1 - The inverse scattering problem for a conductive boundary condition and transmission eigenvalues JF - Applicable Analysis N2 - In this paper, we consider the inverse scattering problem associated with an inhomogeneous media with a conductive boundary. In particular, we are interested in two problems that arise from this inverse problem: the inverse conductivity problem and the corresponding interior transmission eigenvalue problem. The inverse conductivity problem is to recover the conductive boundary parameter from the measured scattering data. We prove that the measured scatted data uniquely determine the conductivity parameter as well as describe a direct algorithm to recover the conductivity. The interior transmission eigenvalue problem is an eigenvalue problem associated with the inverse scattering of such materials. We investigate the convergence of the eigenvalues as the conductivity parameter tends to zero as well as prove existence and discreteness for the case of an absorbing media. Lastly, several numerical and analytical results support the theory and we show that the inside–outside duality method can be used to reconstruct the interior conductive eigenvalues. KW - Transmission eigenvalues KW - Conductive boundary condition KW - Inverse scattering Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1080/00036811.2018.1504028 SN - 1563-504X VL - 99 IS - 3 SP - 508 EP - 529 PB - Taylor & Francis CY - London ER - TY - JOUR A1 - Kleefeld, Andreas A1 - Pieronek, J. T1 - Elastic transmission eigenvalues and their computation via the method of fundamental solutions JF - Applicable Analysis N2 - A stabilized version of the fundamental solution method to catch ill-conditioning effects is investigated with focus on the computation of complex-valued elastic interior transmission eigenvalues in two dimensions for homogeneous and isotropic media. Its algorithm can be implemented very shortly and adopts to many similar partial differential equation-based eigenproblems as long as the underlying fundamental solution function can be easily generated. We develop a corroborative approximation analysis which also implicates new basic results for transmission eigenfunctions and present some numerical examples which together prove successful feasibility of our eigenvalue recovery approach. KW - elastic scattering KW - method of fundamental solutions KW - Interior transmission eigenvalues Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1080/00036811.2020.1721473 SN - 1563-504X VL - 100 IS - 16 SP - 3445 EP - 3462 PB - Taylore & Francis CY - London ER - TY - JOUR A1 - Breuß, Michael A1 - Kleefeld, Andreas T1 - Implicit monotone difference methods for scalar conservation laws with source terms JF - Acta Mathematica Vietnamica N2 - In this article, a concept of implicit methods for scalar conservation laws in one or more spatial dimensions allowing also for source terms of various types is presented. This material is a significant extension of previous work of the first author (Breuß SIAM J. Numer. Anal. 43(3), 970–986 2005). Implicit notions are developed that are centered around a monotonicity criterion. We demonstrate a connection between a numerical scheme and a discrete entropy inequality, which is based on a classical approach by Crandall and Majda. Additionally, three implicit methods are investigated using the developed notions. Next, we conduct a convergence proof which is not based on a classical compactness argument. Finally, the theoretical results are confirmed by various numerical tests. KW - Entropy solution KW - Source term KW - Monotone methods KW - Implicit methods KW - Finite difference methods KW - Conservation laws Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1007/s40306-019-00354-1 SN - 2315-4144 N1 - Corresponding author: Andreas Kleefeld VL - 45 SP - 709 EP - 738 PB - Springer Singapore CY - Singapore ER - TY - JOUR A1 - Asante-Asamani, E.O. A1 - Kleefeld, Andreas A1 - Wade, B.A. T1 - A second-order exponential time differencing scheme for non-linear reaction-diffusion systems with dimensional splitting JF - Journal of Computational Physics N2 - A second-order L-stable exponential time-differencing (ETD) method is developed by combining an ETD scheme with approximating the matrix exponentials by rational functions having real distinct poles (RDP), together with a dimensional splitting integrating factor technique. A variety of non-linear reaction-diffusion equations in two and three dimensions with either Dirichlet, Neumann, or periodic boundary conditions are solved with this scheme and shown to outperform a variety of other second-order implicit-explicit schemes. An additional performance boost is gained through further use of basic parallelization techniques. KW - Exponential time differencing KW - Real distinct pole KW - Dimensional splitting KW - Reaction-diffusion systems KW - Matrix exponential Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jcp.2020.109490 SN - 0021-9991 N1 - Corresponding author: Andreas Kleefeld VL - 415 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER -