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Bei der Beschreibung der Studiengänge und Module durch die Hochschulen kommt der Ergebnisorientierung eine hohe Bedeutung zu. Der Beitrag beschreibt in diesem Zusammenhang zunächst die Vorgaben des europäischen Qualifikationsrahmens und der sich daraus ergebenden Fokussierung auf die Formulierung von Lernergebnissen. Der Schwerpunkt aber liegt auf praxisrelevanten Vorschlägen zu einem methodischen Vorgehen auf allen Ebenen von der Studiengangsbeschreibung über die Verteilung der Kompetenzarten über mehrere Module bis zur Wortwahl. Abschließend wird die an die Wahl der Lehr- und Lernformen geknüpfte Notwendigkeit der Veränderung der Prüfungsformen betont. Diese sollten inhaltlich und methodisch an die in den Studiengängen und Modulen beschriebenen Lernergebnisse und die Art der zu vermittelnden Kompetenzen angepasst werden. Vorabdruck des Aufsatzes. Erschienen in: Handbuch Qualität in Studium und Lehre : Evaluation nutzen, Akkreditierung sichern, Profil schärfen ( Hrsg. Winfried Benz ... . Berlin: Raabe Kapitel E 3.3 S. 1-30. ISBN 978-3-8183-0207-8 ; 3-8183-0207-3 1. Auflage des Aufsatzes unter dem Titel: Lernergebnisse - Begriffe, Zusammenhänge, Umsetzung und Erfolgsermittlung : Lernergebnisse und Kompetenzvermittlung als elementare Orientierungen des Bologna-Prozesses http://opus.bibliothek.fh-aachen.de/opus/volltexte/2007/232/
Forschungsbericht 2007
(2007)
Inhaltsverzeichnis 3 Vorwort 7 Profil der FH Aachen 8 Kontakte 9 TWT Forschungsprojekte: Fachbereich Architektur 11 Castro : Vorhersage und Management von Sturzfluten in urbanen Gebieten – URBAS Teilvorhaben Stadtplanung/Stadtentwicklung 13 Uwer : Flächenkonstanz Saar – Wege für das Land - Konzepte für ein ausgeglichenes Flächensaldo FB Bauingenieurwesen 15 Gossla : Entwicklung von Geschossdecken aus Stahlfaserbeton unter Verzicht auf herkömmliche Bewehrung aus Betonstahl 17 Vorbrüggen : Temperaturmessungen an unterirdischen Gebäuden und deren Simulation FB Angewandte Naturwissenschaften und Technik 19 Artmann : Entwicklung einer für die Routine geeigneten Apparatur zur Messung der Permeabilität an Zellmonolayern 21 Baumann : Algen als Produzenten nutzbarer Naturstoffe 22 Optimierung der biologischen Prozesse in der Biogasbildung 24 Biselli : Prozessoptimierung von Zellkulturfermentationen zur Herstellung von Biopharmazeutika 26 Breitbach : „FilterCaps” - Entwicklung eines Wärmespeichers für strömungsrichtungsinvertierende Lüftungssysteme mit integrierter Filterwirkung 27 Hochtemperatur-Druckwasserentölung und Entsalzung 27 Dikta : Time series methods to forecast patent filings 30 Dikta / Kern : Schadensradius von Blitzeinschlägen 32 Elbers : Ermittlung von Wirkschwellen für luftgetragene Schadstoffe an Gräsern mit der Nahinfrarot-Spektroskopie (IRS) 33 Elbers : Nahinfrarotspektroskopische Charakterisierung von Schwebstaub zur Herkunftsbestimmung 34 Faber : KWKK – Kraft-Wärme-Kopplung, Simulation und praxisrelevante Optimierung der Kraft-Wärme-Kopplung mit periodisch arbeitenden Sorptionsmaschinen im Leistungsbereich bis 10 kW 36 Lernen ohne Grenzen (LoG) 37 Hillen : 3D Presentation States : Parametrisierung der 3D-Darstellung segmentierter medizinischer Volumendaten 38 EXIST SEED: Medical Image Viewer : Entwicklung eines universell einsetzbaren Bildbetrachters für radiologische Bilder 40 Hodapp : Antriebe für Robotor und Werkzeugmaschinen 41 Entwicklung eines integrierten Mess-Systems für Linear- und Rundmotoren 42 Müller : EU ASIALINK – Energy and Environmental Engineering for Sustainability (EEES) : Entwicklung und Einführung eines Bachelorstudiengangs „Energie- und Umweltschutztechnik” an der Partner-Universität Vellore Institute of Technology (VIT) in Indien 43 Schöning : Wissenschaftliche Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Chemo- und Biosensoren 44 Schwarzer : Entwicklung eines Systems zur energetischen Kurzzeitanalyse von Gebäuden und deren technischen Ausstattung (TGA) (Mobila) FB Design 47 Armgardt / Boonzaaijer : Das AACHENER ZIMMER FB Elektrotechnik und Informationstechnik 49 Heuermann : Vorstudie HF-Zündung 50 Krause : EMiG - Energiemanagement in Gebäuden 51 EMSys – Energiemonitoringsystem 52 Mühl : Berührungslose Konturvermessung zur Qualitätssicherung textiler Produkte 54 Seehausen : Kenndaten-Generator/Lesegerät 55 Mikroanalytisches Disc-System zur Blutanalyse FB Luft- und Raumfahrttechnik 57 Esch : Leise elektromagnetische Ventile – Die Zukunft des nockenwellenfreien Verbrennungsmotors 59 Qualifizierungsverbund Hochschule/Forschung/Wirtschaft : Automotive/Aerospace Vehicle Integration 60 Funke : Flugmotorenprüfstand 61 Optimierung und Miniaturisierung der Mikro-Misch- Diffusionsverbrennung von Wasserstoff zur potenziellen Anwendung in einer Ultra-Mikro-Gasturbine 63 Harder : Auslegungskonzepte im Hochtemperaturbereich : Anwendung der vom IfW Darmstadt im Rahmen des Forschungsvorhabens AG Turob III entwickelten Werkstoffmodelle auf Turbinenbauteile (FEM Berechnung) 65 Ley : Compass-1 : Pico-Satelliten-Entwicklung an der FH Aachen 67 Durchführung der Vorqualifikationstests von Lithium-Polymer-Batterien 68 Röth : Stahl-Leichtmetall-Hybride 69 Schäfer : Nimbus 2000 70 Schmitz : Forschungsschwerpunkt (FSP) Mechatronik für Kfz-Anwendungen FB Wirtschaftswissenschaften 71 Grap : Analyse und Bewertung konzerninterner Wertschöpfungsketten 72 Hoepner : Marktchancen für Dienstleistungen im Bereich Reinraum 73 Pietsch : Projekt „Software-Management-Planspiel” FB Maschinenbau und Mechatronik 75 Gartzen : EXIST-SEED: CTaix 76 Laserschneiden von Naturfasern (Kooperationsprojekt mit der LBBZ GmbH) 77 Gebhardt : RTejournal, eine elektronische Zeitschrift für Rapid Technologien 83 KOPF Bioengineering 84 KOPF Energie und Umwelt 85 KOPF Polymere Materialien 86 KOPF Synergetic Aerospace and Automotive Engineering 87 Beteiligung an der KOPF Sound and Vibration Engineering (SAVE) 89 Institut für angewandte Polymerwissenschaften (IAP) 95 Institut für Industrieaerodynamik (I.F.I.) 99 Institut für Nano- und Biotechnologien (INB) 109 NOWUM-Energy 115 Solar-Institut Jülich (SIJ) 136 Aachen Institute of Applied Sciences e.V. (AcIAS) 138 Register 141 Bildnachweis
Magazin der Fachhochschule Aachen / Aachen University of Applied Sciences . Nr. 2/2007 Hochschule im Umbruch: FH Aachen am Zug Herausgeber: Rektor der Fachhochschule Aachen Redaktion: Dr. Roger Uhle, Stefanie Erkeling, Sabine Krükel, Daniela Voßenkaul, Cornelia Driesen Übersetzung: Julia Schulze Gestaltung: Prof. Dipl.-Des. Doris Casse-Schlüter, Dipl.-Des. Markus Nailis Dimensionen erfahren 06 Bachelor welcome! 16 Die Bestimmung der Studienbeiträge 19 Auch die Fachhochschule Aachen hat ihre Exzellenz 20 Neue Freiheiten und ein neues Gremium 22 Campus Jülich im Wandel 24 Hochschulmarketing: Mahr als Werbung 25 Auf zu neuen (Service-) Ufern! 26 Der neue Campus Jülich Forschung entwickeln 28 Der Neugierige: Ein Porträt über Prof. Dr. Marcus Baumann ... 30 Wie viel Schadstoff verträgt die Pflanze? 31 "OP der Zukunft" 33 Im Wirkungskreis des Blitzes 34 Schicht für Schicht zum individuellen Produkt 36 Forschen heute für die Herausforderungen von morgen 38 500.000 Euro für "Polymere Materialien" 39 Konstruieren - Simulieren - Produzieren 40 Meldungen: Forschung Studium erleben 42 Auf den Hut gekommen: Jan Lengwenat verhilft seiner Diplomarbeit dem "alten Hut" zu neuem Glanz. 44 Prozesstechnik berufsbegleitend 45 Ein wichtiger Baustein in der Lehre 47 Einblick statt Blackbox 49 Ausstellungen bereichern die Lehre 52 Aufatmen im Triebwerklabor 54 Kreativität und "Kriminalität" 55 Was Studierende studieren, wenn sie gerade nicht studieren... 56 Viel Beifall für die Eigenbau-Humoreske 58 Girls Day mit dem Staatssekretär 61 Messen und Ausstellungen 66 Meldungen: Studium International denken 70 Kompetenzen im Dialog: Prof. Willy Kuhlmann berichtet ... 74 Endlich offiziell: Euregionaler Studiengang C-MD ... 75 Ehrung für besonderes Engagement 76 FH-Wirtschaftsstudierende grüßen aus aller Welt 79 Genau die richtige Mischung 80 Professor, außerordentlich! 81 Der Zeit voraus Personen begegnen 82 Standortfaktor: Wissenschaft 84 Studenten 2.0 86 Wer nicht fragt, ist selber Schuld! 88 Lo(u)s, bergauf! 90 Preise und Auszeichnungen 95 Diplome 2006/2007 98 Personalia Service bieten 100 Vom Auslandsaufenthalt bis zur Jobmesse 102 Das alfha.net in neuem Gewand 105 Der Hochschulsport in Aachen 107 Neuer Blick auf die Didaktik 108 Zeile für Zeile 110 Was ist eigentlich ... ECDL? 111 Impressum
Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der klassischen Plastizitätstheorie, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Eine FEM-basierte Traglast- und Einspielanalyse für ideal plastisches Material wurde auf ein kinematisch verfestigendes Materialgesetz erweitert und in das Finite Element Programm PERMAS implementiert. In einem einfachen Zug-Torsionsexperiment wurde eine Hohlprobe mit konstanter Torsion und zyklischer Zugbelastung beansprucht, um die neue Implementierung zu verifizieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Einspielanalyse gut mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmt. Bei Verfestigung lassen sich wesentlich größere Sicherheiten nachweisen. Dieses Potential bedarf weiterer experimenteller Absicherung. Parallel dazu ist die Eisnpieltheorie auf fortschrittliche Verfestigungsansätze zu erweitern.
Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der Plastizität, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Anders als die klassische Behandlung nichtlinearer Probleme der Strukturmechanik führt die Methode auf Optimierungsprobleme. Diese sind bei realistischen FEM-Modellen sehr groß. Das hat die industrielle Anwendung der Traglast- und Einspielanalysen stark verzögert. Diese Situation wird durch das Brite-EuRam Projekt LISA grundlegend geändert. In LISA entsteht auf der Basis des industriellen FEM-Programms PERMAS ein Verfahren zur direkten Berechnung der Tragfähigkeit duktiler Strukturen. Damit kann der Betriebsbereich von Komponenten und Bauwerken auf den plastischen Bereich erweitert werden, ohne den Aufwand gegenüber elastischen Analysen wesentlich zu erhöhen. Die beachtlichen Rechenzeitgewinne erlauben Parameterstudien und die Berechnung von Interaktionsdiagrammen, die einen schnellen Überblick über mögliche Betriebsbereiche vermitteln. Es zeigt sich, daß abhängig von der Komponente und ihren Belastungen teilweise entscheidende Sicherheitsgewinne zur Erweiterung der Betriebsbereiche erzielt werden können. Das Vorgehen erfordert vom Anwender oft ein gewisses Umdenken. Es werden keine Spannungen berechnet, um damit Sicherheit und Lebensdauer zu interpretieren. Statt dessen berechnet man direkt die gesuchte Sicherheit. Der Post-Prozessor wird nur noch zur Modell- und Rechenkontrolle benötigt. Das Vorgehen ist ähnlich der Stabilitätsanalyse (Knicken, Beulen). Durch namhafte industrielle Projektpartner werden Validierung und die Anwendbarkeit auf eine breite Palette technischer Probleme garantiert. Die ebenfalls in LISA entwickelten Zuverlässigkeitsanalysen sind nichlinear erst auf der Basis direkter Verfahren effektiv möglich. Ohne Traglast- und Einspielanalyse ist plastische Strukturoptimierung auch heute kaum durchführbar. Auf die vorgesehenen Erweiterungen der Werkstoffmodellierung für nichtlineare Verfestigung und für Schädigung konnte hier nicht eingegangen werden. Es herrscht ein deutlicher Mangel an Experimenten zum Nachweis der Grenzen zwischen elastischem Einspielen und dem Versagen durch LCF oder durch Ratchetting.
Im Rahmen von Ermüdungsanalysen ist nachzuweisen, daß die thermisch bedingten fortschreitenden Deformationen begrenzt bleiben. Hierzu ist die Abgrenzung des Shakedown-Bereiches (Einspielen) vom Ratchetting-Bereich (fortschreitende Deformation) von Interesse. Im Rahmen eines EU-geförderten Forschungsvorhabens wurden Experimente mit einem 4-Stab-Modell durchgeführt. Das Experiment bestand aus einem wassergekühlten inneren Rohr und drei isolierten und beheizbaren äußeren Probestäben. Das System wurde durch alternierende Axialkräfte, denen alternierende Temperaturen an den äußeren Stäben überlagert wurden, belastet. Die Versuchsparameter wurden teilweise nach vorausgegangenen Einspielanalysen gewählt. Während der Versuchsdurchführung wurden Temperaturen und Dehnungen zeitabhängig gemessen. Begleitend und nachfolgend zur Versuchsdurchführung wurden die Belastungen und die daraus resultierenden Beanspruchungen nachvollzogen. Bei dieser inkrementellen elasto-plastischen Analyse mit dem Programm ANSYS wurden unterschiedliche Werkstoffmodelle angesetzt. Die Ergebnisse dieser Simulationsberechnung dienen dazu, die Shakedown-Analysen mittels FE-Methode zu verifizieren.
Genaue Kenntnis der Spannungen und Verformungen in passiven Komponenten gewinnt man mit detailierten inelastischen FEM Analysen. Die lokale Beanspruchung läßt sich aber nicht direkt mit einer Beanspruchbarkeit im strukturmechanischen Sinne vergleichen. Konzentriert man sich auf die Frage nach der Tragfähigkeit, dann vereinfacht sich die Analyse. Im Rahmen der Plastizitätstheorie berechnen Traglast- und Einspielanalyse die tragbaren Lasten direkt und exakt. In diesem Beitrag wird eine Implementierung der Traglast- und Einspielsätze in ein allgemeines FEM Programm vorgestellt, mit der die Tragfähigkeit passiver Komponenten direkt berechnet wird. Die benutzten Konzepte werden in Bezug auf die übliche Strukturanalyse erläutert. Beispiele mit lokal hoher Beanspruchung verdeutlichen die Anwendung der FEM basierten Traglast- und Einspielanalysen. Die berechneten Interaktionsdiagramme geben einen guten Überblick über die möglichen Betriebsbereiche passiver Komponenten. Die Traglastanalyse bietet auch einen strukturmechanischen Zugang zur Kollapslast rißbehafteter Komponenten aus hochzähem Material.
Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der Plastizität, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Anders als die klassische Behandlung nichtlinearer Probleme der Strukturmechanik führt die Methode auf Optimierungsprobleme. Diese sind bei realistischen FEM-Modellen sehr groß. Das hat die industrielle Anwendung der Traglast- und Einspielanalysen stark verzögert. Diese Situation wird durch das Brite-EuRam Projekt LISA grundlegend geändert. Die Autoren möchten der Europäischen Kommission an dieser Stelle für die Förderung ausdrücklich danken. In LISA entsteht auf der Basis des industriellen FEM-Programms PERMAS ein Verfahren zur direkten Berechnung der Tragfähigkeit duktiler Strukturen. Damit kann der Betriebsbereich von Komponenten und Bauwerken auf den plastischen Bereich erweitert werden, ohne den Aufwand gegenüber elastischen Analysen wesentlich zu erhöhen. Die beachtlichen Rechenzeitgewinne erlauben Parameterstudien und die Berechnung von Interaktionsdiagrammen, die einen schnellen Überblick über mögliche Betriebsbereiche vermitteln. Es zeigt sich, daß abhängig von der Komponente und ihren Belastungen teilweise entscheidende Sicherheitsgewinne zur Erweiterung der Betriebsbereiche erzielt werden können. Das Vorgehen erfordert vom Anwender oft ein gewisses Umdenken. Es werden keine Spannungen berechnet, um damit Sicherheit und Lebensdauer zu interpretieren. Statt dessen berechnet man direkt die gesuchte Sicherheit. Der Post-Prozessor wird nur noch zur Modell- und Rechenkontrolle benötigt. Das Vorgehen ist änhlich der Stabilitätsanalyse (Knicken, Beulen). Durch namhafte industrielle Projektpartner werden Validierung und die Anwendbarkeit auf eine breite Palette technischer Probleme garantiert. Die ebenfalls in LISA geplante Zuverlässigkeitsanalyse ist erst auf der Basis direkter Verfahren effektiv möglich. Ohne Traglast- und Einspielanalyse ist plastische Strukturoptimierung auch heute kaum durchführbar.
Mit freundlicher Genehmigung der Autoren (Stand 02.2006) Inhaltsverzeichnis: 0 Vorwort 1 Warum brauchen wir MeMoPad? Begründungslinien. 1.1 Was fordern Studierende? 1.2 Welche Vorteile ergeben sich für die Fakultät? 1.3 Zusammenfassung 2 MeMoPad – Das Mentorenprogramm an der Universität Paderborn 2.1 Qualitätsmerkmale eines Mentorenprogramms 2.2 Rolle und Aufgaben von Mentoren 2.3 Didaktische Implikationen 3 Das Rahmenkonzept – Betreuungsgebiete (BG) im Überblick 4 Organisatorisches 5 Die Umsetzung – Betreuungsgebiete im Detail 5.1 BG0: "Was bringt mir MeMoPad?" Materialien 5.2 BG1: "Leben an der Hochschule: Was bedeutet ‚studieren’?" 5.2.1 Didaktische Hinweise 5.2.2 Möglicher Ablauf Materialien 5.3 BG2: "Was bedeutet ‚lernen’ in der Hochschule?" 5.3.1 Didaktische Hinweise 5.3.2 Möglicher Ablauf Materialien 5.4 BG3: "Warum und wie (ge)braucht man wissenschaftliche Standards?" 5.4.1 Didaktische Hinweise 5.4.2 Möglicher Ablauf Materialien 5.5 BG4: "Wie präsentiert man (sich) erfolgreich?" 5.5.1 Didaktische Hinweise 5.5.2 Möglicher Ablauf Materialien 5.6 BG5: "Wie kann ich mich persönlich weiterentwickeln?" 5.5.1 Didaktische Hinweise 5.5.2 Möglicher Ablauf Materialien