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Wireless CAN
(2018)
In modernen elektronischen und mechatronischen Systemen, z. B. im industriellen oder automobil Bereich, kommunizieren eingebettete Steuergeräte und Sensoren vielfach über Bussysteme wie CAN oder LIN. Die Kommunikation findet in der Regel drahtgebunden statt, so dass der Kabelbaum für die Kommunikation sehr groß werden kann. Daher ist es naheliegend, Leitungen und dazugehörige Stecker, z. B. für nicht-sicherheitskritische Komfortsysteme, einzusparen und diese durch gerichtete Funkstrecken für kurze Entfernungen zu ersetzen. Somit könnten Komponenten wie ECUs oder Sensoren kabel- und steckerlos in ein Bussystem integriert werden. Zudem ist eine einfache galvanische und mechanische Trennung zu erreichen. Funkübertragung wird bei diesen Bussystemen derzeit nicht eingesetzt, da insbesondere die Echtzeitfähigkeit und die Robustheit der vorhandenen Funksysteme nicht den Anforderungen der Anwendungen entspricht. Zudem sind bestehende Funksysteme wie WLAN oder Bluetooth im Vergleich zur konventionellen Verkabelung teuer und es besteht hierbei die Möglichkeit, dass sie ausspioniert werden können und so sensible Daten entwendet werden können. In dieser Arbeit wird eine alternative Realisierung zu den bestehenden Funksystemen vorgestellt, die aus wenigen Komponenten aufzubauen ist. Es ist eine protokolllose, echtzeitfähige Übertragung möglich und somit die transparente Integration in ein Bussystem wie CAN.
Grenzgänge: Op jöck in Vaals mit Peter Sparla
Inhaltsverzeichnis
6 "Mr. Vaals": Ein Spaziergang mit Peter Sparla durch die niederländische Gemeinde
14 Ein Verein hebt ab: Von der Theorie in die Praxis: Die Flugtechnische Arbeitsgemeinschaft will Studierende fürs Fliegen begeistern
18 Vom Flugplatzkind zur Ingenieurin: Sarah Hamacher hat Luft- und Raumfahrt studiert und arbeitet jetzt bei der ADAC-Luftfahrttechnik
20 Mit Sonne im Tank durch das australische Outback: FH-Student Enno Dülberg berichtet von der World Solar Challenge
24 Es steckt mehr dahinter: Eine Eschweiler Firma entwickelt Elektronik-Lösungen für Anhängerkupplungen - mit Unterstützung der FH Aachen
27 Von Meknès nach Jülich: Die Geschichte von Rabab Azizi
28 Das blaue Wunder neu erleben: Aachener Tuchtradition soll wieder in Mode kommen
32 Es werde Licht: Markus van Hauten macht spektakuläre Landschaftsfotos
36 Maschinenbau von morgen: Dr. Julia Kessler forscht zu additiv gefertigten Leichtbaustrukturen
39 Vier Siebenen und eine Eins: Kopfnuss
40 Auf Tuchfühlung mit der Praxis: Das ausbildungsintegrierende Studium ist anspruchsvoll und fordernd. Aber es bietet den Studierenden und Unternehmen auch viel.
44 Eine große Bühne für die Forschung: FH aachen präsentiert das Spektrum ihrer wissenschaftlichen Arbeit
46 Eine Erfolgsstory: Das Institut für Nano- und Biotechnologien feiert sein 10-jähriges Jubiläum
49 Das Ingenieurstudium früher und heute: Der Verein "Ingenieurfreunde der FH Aachen" blickt auf eine ereignisreiche Zeit zurück
50 Ist es ein Flugzeug? Ist es ein Multikopter: Nein es ist PhoenAix! Das Fluggerät soll Vorteile von Flugzeug- und Hubschraubertechnik kombinieren
54 Güterwagen der Zukunft: Im Studiengang Schienfahrzeugtechnik wird an intelligenten und hoch technisierten Güterwaggons gearbeitet
58 Wenn Gedanken Gestalt annehmen: Prof. Thomas Tünnemann zum Projekt Neo Forma
60 Vorhang auf für die Wissenschaft: Future-Lab-Gala im Theater Aachen
62 Impressum
Enzyme und Biosensorik
(2018)
Enzymbasierte Biosensoren finden seit mehr als fünf Jahrzehnten einen prosperierenden Wachstumsmarkt und werden zunehmend auch in biotechnologischen Prozessen eingesetzt. In diesem Kapitel werden, ausgehend vom Sensorbegriff und typischen Kenngrößen für Biosensoren (Abschn. 18.1), elektrochemische Enzym-Biosensoren vorgestellt und deren typischen Einsatzgebiete diskutiert (Abschn. 18.2). Ein Blick über den „Tellerrand“ hinaus zeigt alternative Transduktorprinzipien (Abschn. 18.3) und führt abschließend in aktuelle Forschungstrends ein (Abschn. 18.4).
A future bio-economy should not only be based on renewable raw materials but also in the raise of carbon yields of existing production routes. Microbial electrochemical technologies are gaining increased attention for this purpose. In this study, the electro-fermentative production of biobutanol with C. acetobutylicum without the use of exogenous mediators is investigated regarding the medium composition and the reactor design. It is shown that the use of an optimized synthetic culture medium allows higher product concentrations, increased biofilm formation, and higher conductivities compared to a synthetic medium supplemented with yeast extract. Moreover, the optimization of the reactor system results in a doubling of the maximum product concentrations for fermentation products. When a working electrode is polarized at −600 mV vs. Ag/AgCl, a shift from butyrate to acetone and butanol production is induced. This leads to an increased final solvent yield of Yᴀᴃᴇ = 0.202 gg⁻¹ (control 0.103 gg⁻¹), which is also reflected in a higher carbon efficiency of 37.6% compared to 23.3% (control) as well as a fourfold decrease in simplified E-factor to 0.43. The results are promising for further development of biobutanol production in bioelectrochemical systems in order to fulfil the principles of Green Chemistry.
Impact of electric propulsion technology and mission requirements on the performance of VTOL UAVs
(2018)
One of the engineering challenges in aviation is the design of transitioning vertical take-off and landing (VTOL) aircraft. Thrust-borne flight implies a higher mass fraction of the propulsion system, as well as much increased energy consumption in the take-off and landing phases. This mass increase is typically higher for aircraft with a separate lift propulsion system than for aircraft that use the cruise propulsion system to support a dedicated lift system. However, for a cost–benefit trade study, it is necessary to quantify the impact the VTOL requirement and propulsion configuration has on aircraft mass and size. For this reason, sizing studies are conducted. This paper explores the impact of considering a supplemental electric propulsion system for achieving hovering flight. Key variables in this study, apart from the lift system configuration, are the rotor disk loading and hover flight time, as well as the electrical systems technology level for both batteries and motors. Payload and endurance are typically used as the measures of merit for unmanned aircraft that carry electro-optical sensors, and therefore the analysis focuses on these particular parameters.
Das Forschungsprojekt Produktionseffizienz in der Kleinserie (ProeK) erarbeitet kostengünstige und effiziente Lösungsansätze für Prozessketten im Zukunftsfeld der Elektromobilität. Das Teilprojekt Karosserie setzt diese Zielsetzung durch innovative und praxisorientierte Produkt- und Prozesskonzepte mit neuartigen bauteilintegrierten Vorrichtungsfunktionen (BiV) um. Im Teilprojekt Außenhaut sollen Toleranzen adaptiv durch Anpassungen der Prozessparameter sowie Bauteilmanipulation kompensiert werden.
Seismic design of buried pipeline systems for energy and water supply is not only important for plant and operational safety but also for the maintenance of the supply infrastructure after an earthquake. The present paper shows special issues of the seismic wave impacts on buried pipelines, describes calculation methods, proposes approaches and gives calculation examples. This paper regards the effects of transient displacement differences and resulting tensions within the pipeline due to the wave propagation of the earthquake. However, the presented model can also be used to calculate fault rupture induced displacements. Based on a three-dimensional Finite Element Model parameter studies are performed to show the influence of several parameters such as incoming wave angle, wave velocity, backfill height and synthetic displacement time histories. The interaction between the pipeline and the surrounding soil is modeled with non-linear soil springs and the propagating wave is simulated affecting the pipeline punctually, independently in time and space. Special attention is given to long-distance heat pipeline systems. Here, in regular distances expansion bends are arranged to ensure movements of the pipeline due to high temperature. Such expansion bends are usually designed with small bending radii, which during the earthquake lead to high bending stresses in the cross-section of the pipeline. Finally, an interpretation of the results and recommendations are given for the most critical parameters.
Frequency Dependent Impedance Analysis of the Foundation-Soil-Systems of Onshore Wind Turbines
(2018)
The Effect of Openings on Out-of-Plane Capacity of Masonry Infilled Reinforced Concrete Frames
(2018)
Physical interaction with small solar system bodies (SSSB) is the next step in planetary science, planetary in-situ resource utilization (ISRU), and planetary defense (PD). It requires a broader understanding of the surface properties of the target objects, with particular interest focused on those near Earth. Knowledge of composition, multi-scale surface structure, thermal response, and interior structure is required to design, validate and operate missions addressing these three fields. The current level of understanding is occasionally simplified into the phrase, ”If you’ve seen one asteroid, you’ve seen one asteroid”, meaning that the in-situ characterization of SSSBs has yet to cross the threshold towards a robust and stable scheme of classification. This would enable generic features in spacecraft design, particularly for ISRU and science missions. Currently, it is necessary to characterize any potential target object sufficiently by a dedicated pre-cursor mission to design the mission which then interacts with the object in a complex fashion. To open up strategic approaches, much broader in-depth characterization of potential target objects would be highly desirable. In SSSB science missions, MASCOT-like nano-landers and instrument carriers which integrate at the instrument level to their mothership have met interest. By its size, MASCOT is compatible with small interplanetary missions. The DLR-ESTEC Gossamer Roadmap Science Working Groups‘ studies identified Multiple Near-Earth asteroid (NEA) Rendezvous (MNR) as one of the space science missions only feasible with solar sail propulsion. The Solar Polar Orbiter (SPO) study showed the ability to access any inclination, theDisplaced-L1 (DL1) mission operates close to Earth, where objects of interest to PD and for ISRU reside. Other studies outline the unique capability of solar sails to provide access to all SSSB, at least within the orbit of Jupiter, and significant progress has been made to explore the performance envelope of near-term solar sails for MNR. However, it is difficult for
sailcraft to interact physically with a SSSB. We expand and extend the philosophy of the recently qualified DLR Gossamer solar sail deployment technology using efficient multiple sub-spacecraft integration to also include landers for one-way in-situ investigations and sample-return missions by synergetic integration and operation of sail and lander. The MASCOT design concept and its characteristic features have created an ideal counterpart for thisand has already been adapted to the needs of the AIM spacecraft, former part of the NASA-ESA AIDA missionDesigning the 69th International Astronautical Congress (IAC), Bremen, Germany, 1-5 October 2018. IAC-18-F1.2.3 Page 2 of 17 combined spacecraft for piggy-back launch accommodation enables low-cost massively parallel access to the NEA population.
The search for life on Mars and in the Solar System - strategies, logistics and infrastructures
(2018)
The question "Are we alone in the Universe?" is perhaps the most fundamental one that affects mankind. How can we address the search for life in our Solar System? Mars, Enceladus and Europa are the focus of the search for life outside the terrestrial biosphere. While it is more likely to find remnants of life (fossils of extinct life) on Mars because of its past short time window of the surface habitability, it is probably more likely to find traces of extant life on the icy moons and ocean worlds of Jupiter and Saturn. Nevertheless, even on Mars there could still be a chance to find extant life in niches near to the surface or in just discovered subglacial lakes beneath the South Pole ice cap. Here, the different approaches for the detection of traces of life in the form of biosignatures including pre-biotic molecules will be presented. We will outline the required infrastructure for this enterprise and give examples of future mission concepts to investigate the presence of life on other planets and moons. Finally, we will provide suggestions on methods, techniques, operations and strategies for preparation and realization of future life detection missions.
Physical interaction with small solar system bodies (SSSB) is key for in-situ resource utilization (ISRU). The design of mining missions requires good understanding of SSSB properties, including composition, surface and interior structure, and thermal environment. But as the saying goes "If you've seen one asteroid, you've seen one Asteroid": Although some patterns may begin to appear, a stable and reliable scheme of SSSB classification still has to be evolved. Identified commonalities would enable generic ISRU technology and spacecraft design approaches with a high degree of re-use. Strategic approaches require much broader in-depth characterization of the SSSB populations of interest to the ISRU community. The DLR-ESTEC GOSSAMER Roadmap Science Working Groups identified target-flexible Multiple Near-Earth asteroid (NEA) Rendezvous (MNR) as one of the missions only feasible with solar sail propulsion, showed the ability to access any inclination and a wide range of heliocentric distances as well as continuous operation close to Earth's orbit where low delta-v objects reside.
During the development of a Competence Developing Game’s (CDG) story it is indispensable to understand the target audience. Thereby, CDGs stories represent more than just the plot. The Story is about the
Setting, the Characters and the Plot. As a toolkit to support the
development of such a story, this paper introduces the UserFocused Storybuilding (short UFoS) Framework for CDGs. The Framework and its utilization will be explained, followed by a description of its development and derivation, including an empirical study. In addition, to simplify the Framework use regarding the CDG’s target audience, a new concept of Nine Psychographic Player Types will be explained. This concept of Player Types provides an approach to handle the differences in between players during the UFoS Framework use. Thereby,
this article presents a unique approach to the development of
target group-differentiated CDGs stories.
This paper introduces a Competence Developing Game (CDG) for the purpose of a cybersecurity awareness training for businesses. The target audience will be discussed in detail to understand their requirements. It will be explained why and how a mix of business simulation and serious game meets these stakeholder requirements. It will be shown that a tablet and touchscreen based approach is the most suitable solution. In addition, an empirical study will be briefly presented. The study was carried out to examine how an interaction system for a 3D-tablet based CDG has to be designed, to be manageable for non-game experienced employees. Furthermore, it will be explained which serious content is necessary for a Cybersecurity awareness training CDG and how this content is wrapped in the game
Die Geschichte des Designs ist gesäumt von Auseinandersetzungen. Debattiert wird unter Berufsgenossen, in Interessensverbänden, zwischen Wettbewerbern und nicht zuletzt an Hochschulen; als Foren dienen zum Beispiel Zeitungen, Konferenzen oder Gerichtssäle. Doch welche Gründe gibt es für Streit über Design? Die Kontroversen beschränken sich keineswegs auf die Ästhetik von Artefakten. Auch haben wir es trotz der Vielfalt an Streitfällen nicht mit einem unüberschaubaren Feld von zusammenhanglosen Einzelereignissen zu tun. Wie das vorliegende Buch anhand historischer Kontroversen zeigt, lassen sich im Bereich der Gestaltung Streitkategorien identifizieren. Die Diskursanalyse verrät, dass sich die Konfliktursachen im Verlauf der Designhistorie kaum verändern. So haben die angeführten Dispute erstaunliche Ähnlichkeit mit aktuellen Debatten im Fach. Sie sind Lehrstücke und können dazu anregen, eine Streitkultur im Design zu etablieren, die sich davon distanziert, den Meinungsgegner in ein politisches Lager zu ›verräumen‹.
A nonparametric goodness-of-fit test for random variables with values in a separable Hilbert space is investigated. To verify the null hypothesis that the data come from a specific distribution, an integral type test based on a Cramér-von-Mises statistic is suggested. The convergence in distribution of the test statistic under the null hypothesis is proved and the test's consistency is concluded. Moreover, properties under local alternatives are discussed. Applications are given for data of huge but finite dimension and for functional data in infinite dimensional spaces. A general approach enables the treatment of incomplete data. In simulation studies the test competes with alternative proposals.
The paper deals with the asymptotic behaviour of estimators, statistical tests and confidence intervals for L²-distances to uniformity based on the empirical distribution function, the integrated empirical distribution function and the integrated empirical survival function. Approximations of power functions, confidence intervals for the L²-distances and statistical neighbourhood-of-uniformity validation tests are obtained as main applications. The finite sample behaviour of the procedures is illustrated by a simulation study.
The efficiency concepts of Bahadur and Pitman are used to compare the Wilcoxon tests in paired and independent survey samples. A comparison through the length of corresponding confidence intervals is also done. Simple conditions characterizing the dominance of a procedure are derived. Statistical tests for checking these conditions are suggested and discussed.
Im Rahmen des europäischen Verbundprojekts INSYSME wurden von den deutschen Partnern die Systeme IMES und INODIS zur Verbesserung des seismischen Verhaltens von ausgefachten Stahlbetonrahmen entwickelt. Ziel beider Systeme ist es, Stahlbetonrahmen und Ausfachung zu entkoppeln, anstatt die Tragfähigkeit durch aufwendige und kostspielige zusätzliche Bewehrungseinlagen zu erhöhen. Erste Ergebnisse des Systems IMES für Belastungen in und senkrecht zu der Wandebene werden vorgestellt.
Im Rahmen des europäischen Verbundprojekts INSYSME wurden von den deutschen Partnern die Systeme IMES und INODIS zur Verbesserung des seismischen Verhaltens von ausgefachten Stahlbetonrahmen entwickelt. Ziel beider Systeme ist es, Stahlbetonrahmen und Ausfachung zu entkoppeln, anstatt die Tragfähigkeit durch aufwendige und kostspielige zusätzliche Bewehrungseinlagen zu erhöhen. Erste Ergebnisse des Systems IMES für Belastungen in und senkrecht zu der Wandebene werden vorgestellt.
Magnetic detection structure for Lab-on-Chip applications based on the frequency mixing technique
(2018)
A magnetic frequency mixing technique with a set of miniaturized planar coils was investigated for use with a completely integrated Lab-on-Chip (LoC) pathogen sensing system. The system allows the detection and quantification of superparamagnetic beads. Additionally, in terms of magnetic nanoparticle characterization ability, the system can be used for immunoassays using the beads as markers. Analytical calculations and simulations for both excitation and pick-up coils are presented; the goal was to investigate the miniaturization of simple and cost-effective planar spiral coils. Following these calculations, a Printed Circuit Board (PCB) prototype was designed, manufactured, and tested for limit of detection, linear response, and validation of theoretical concepts. Using the magnetic frequency mixing technique, a limit of detection of 15 µg/mL of 20 nm core-sized nanoparticles was achieved without any shielding.
In most beers, producers strive to minimize haze to maximize visual appeal. To detect the formation of particulates, a measurement system for sub-micron particles is required. Beer haze is naturally occurring, composed of protein or polyphenol particles; in their early stage of growth their size is smaller than 2 µm. Microscopy analysis is time and resource intensive; alternatively, backscattering is an inexpensive option for detecting particle sizes of interest.
Aufgrund von EU-Regularien und Umweltinitiativen wächst der Markt für nachhaltige und abbaubare Klebstoffe stetig. Organosolv (OS)-Lignin ist ein kommerziell wenig ertragreicher Nebenstrom der Lignocellulose-Bioraffinerie. Durch das "Nachahmen" der Adhäsionseigenschaften mit strukturverwandten Muschel-Aminosäuren soll OS-Lignin in einen starkes, vollständig biobasiertes Adhäsiv umgewandelt werden. Funktionsweisend für die Adhäsion des Muschelklebstoffes ist die Catecholgruppe der Aminosäure L-DOPA. Die laccase-katalysierte Polymerisationsreaktion von Lignin und L-DOPA ist schwierig zu kontrollieren, da L-DOPA eine Ringschlussreaktion eingeht. Stattdessen wurde eine zweistufige Reaktion mit einem Diamin als Ankermolekül etabliert. Die Catecholgruppe, die im zweiten Schritt enzymatisch an das Lignin-Amin gebunden wird, kann durch Komplexbildung mit Fe(III)-Ionen sowohl zur Adhäsion als auch zur Kohäsion des Klebstoffes beitragen. Der Lignin-Catechol-Klebstoff ist frei von petrochemischen Chemikalien und biologisch abbaubar. In ersten Stirnzugversuchen konnte eine Haftkraft von 0,3 MPa erreicht werden.
Das strikt anaerobe Bakterium Clostridium acetobutylicum bildet die Lösemittel Aceton, Butanol und Ethanol (ABE-Fermentation). Im Fall einer Eisenlimitierung kommt es zusätzlich zu einer Riboflavinsekretion (RF), was durch die gelbe Färbung des Kulturüberstands erkennbar ist. In dieser Arbeit wurde beobachtet, dass während Elektrofermentationen mit C. acetobutylicum bei –600 mV eine gelbe Färbung auftritt. Es wurde deshalb untersucht, ob eine Eisenlimitierung im bio-elektrochemischen System (BES) vorliegt. Hierzu wurden die Flavinspezien bei Kultivierungen in Medien mit einer Eisenlimitierung bzw. mit ausreichend Eisen in Serumflaschen sowie im BES mit und ohne angelegtem Potenzial verglichen. In den Serumflaschenversuchen wurden RF und Flavinadenindinukleotid (FAD)-Konzentrationen von ‡ 20 mg L⁻¹ sowie Flavinmononukleotid (FMN)-Konzentrationen von ca. 5 mg L⁻¹ detektiert. Bei ausreichender Eisenverfügbarkeit hingegen wurden in den Serumflaschen fast keine Flavine sekretiert. Im BES bei –600 mV hingegen wurde auch in diesen Kulturüberständen FMN und FAD (1–5 mg L⁻¹ ),jedoch kein RF gemessen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Flavinbildung im BES mit angelegtem Potenzial nicht mit der Flavinbildung unter Eisenlimitierung in Serumflaschen korreliert. Andere Faktoren für eine mögliche Flavinbildung werden aktuell näher betrachtet.