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Biotechnologische Wertstoffgewinnung entlang der Prozessketten Grüner und Pflanzenöl-Bioraffinerien
(2014)
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.
Prozessintegrierte Magnetseparation im Labormaßstab mittels High-Gradient Magnetic Separator (HGMS)
(2014)
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.
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.
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.
Aktiver und passiver antimikrobieller Oberflächenschutz durch funktionalisierte Mikropartikel
(2014)
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.
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.
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.
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.
Die Nutzung von Biomasse aus pflanzlichen Abfällen für die stoffliche Verwertung rückt immer stärker in den Vordergrund. Dabei ist vor allem die ganzheitliche Verwertung der Stoffströme von Bedeutung, da diese einen integrativen Ansatz ermöglichen. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Produktion von Einzellerproteinen (Single-Cell Proteins, SCPs) mithilfe von unterschiedlichen Rohsubstraten dargelegt. Somit können Reststoffströme, die in keiner Konkurrenz zur Produktion von Lebensmitteln stehen, für die Herstellung von Futter- und auch Nahrungsmitteln Verwendung finden. Die zunächst thermisch vorbehandelten Ausgangsmaterialien stammen aus forstwirtschaftlichen und grünen Abfällen und ermöglichen durch eine anschließende enzymatische Hydrolyse die Freisetzung von Monosacchariden. Aus diesen erfolgt die SCP-Produktion fermentativ mithilfe der drei Modellorganismen Bakterium, Hefe und Pilz. Hierfür wird sowohl das flüssige Hydrolysat als auch der feste Reststoff auf der Basis einer Feststofffermentation genutzt. Auf diese Weise ist eine vollständige Verwertung der Ausgangsmaterialien möglich. Mit den gewonnen Daten erfolgt abschließend eine Bewertung der SCPs aus nachwachsenden Rohstoffen als alternative Proteinquelle.
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.
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.
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.
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.
Technische Cellulose wurde als möglicher Rohstoff zur fermentativen Produktbildung untersucht. Hierfür wird Cellulose in der Lignocellulose-Bioraffinerie hergestellt und daraus Hydrolysat gewonnen. Die Prüfung der technischen Hydrolysate als Substrate erfolgte anhand eines breiten Spektrums an Bioprodukten, von Kraftstoffen wie Ethanolund Butanol, bis zu den Dicarbonsäuren Itacon- und Bernsteinsäure. Dabei werden Bakterien, Hefen und Pilze als Produktionsorganismen eingesetzt. Die einzelnen Herstellverfahren stellen unterschiedliche Anforderungen an die Substrathandhabung. Im Fall der Ethanol- und Butanol-Gewinnung kann eine simultane Saccharifizierung und Fermentierung (SSF) durchgeführt werden. Aufgrund der Produkttoxizität erfordert die Butanol-Herstellung dabei eine In-situ-Produktabtrennung durch Lösemittelimprägnierte Partikel. Die Herstellung der beiden Dicarbonsäuren unterscheidet sich in der Sensitivität der verwendeten Mikroorganismen gegenüber Inhibitoren, die in Spuren im Hydrolysat enthalten sind. Die Bernteinsäurebildung mit Actinobacillussuccinogenes kann mit unbehandeltem Hydrolysat erfolgen. Dagegen erfordert die Gewinnung von Itaconsäure mit A. terreus eine Detoxifizierung des Hydrolysats. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass sämtliche Bioraffinerie-Hydrolysate als Substrate für unterschiedliche Fermentationen geeignet sind.
Heute wie damals werden die großzügigen und offenen Siedlungsstrukturen der ersten Nachkriegsjahrzehnte mit ihrem hohen Anteil an "Grün" vielfach geschätzt und als solche nicht grundlegend hinterfragt. "Grün" verheißt im Allgemeinen Licht, Luft und Sonne, Freizeit und Erholung und gilt als etwas Wünschenswertes im städtischen Kontext. Unbeachtet bleibt, dass dem Begriff "Grün" zunächst keine Eigenschaften oder Qualitäten zugewiesen sind - er sagt noch lange nichts über dessen räumliche Qualität, dessen Nutzbarkeit, Erreichbarkeit und Zugänglichkeit aus. Abstandsgrün und Straßenbegleitgrün ist eben auch "Grün". Neben einer quantitativen Argumentation, welche ökologischen Aspekte wie Biotopvernetzung, Stadt- und Mikroklima berücksichtigt, sollten wir verstärkt qualitativ denken und damit die Grundlage für einen erweiterten und wesentlich differenzierteren Diskurs über urbane Freiräume ebnen.
Neue Dörfer braucht das Land! Dörfer in der Stadt und Dörfer auf dem Land (…). Die Planung und Gestaltung nachhaltiger Raumsysteme, die durch ein neues Verständnis des gemeinschaftlichen Besitzes (und dessen Nutzung) ressourcenfressende Individualisierungstendenzen unserer Gesellschaft überwinden, aber zugleich größtmöglichen Freiraum für eine individuelle Persönlichkeitsentfaltung zur Verfügung stellen." Dieses Zitat der Hamburger Initiative "Wir sind Dorf" beschreibt eine aktuelle Diskussion in unserer Gesellschaft, die sowohl in der Forschung und forschungsgeleiteten Initiativen, in Politik und Planung als auch in der Bürger-schaft stattfindet. Sie wird nicht nur auf wissenschaftlichen Veranstaltungen geführt, sondern auch in konkreten Projekten für integrative Lebenswelten, die Fragestellungen von Ernährung und Energieversorgung, von Arbeit und Ökonomie, aber auch eines neuen räumlichen und sozialen Miteinanders einbeziehen.
Anders als bei den weit verbreiteten Baugruppen geht es nicht ausschließlich um die Schaffung von Wohnraum. Die Nachbarschaftsidee verbindet das Bedürfnis nach gemeinschaftlichem Wohnen und Wirtschaften mit einer neuen Werteorientierung, die auf persönlicher Verantwortungsübernahme beruht.
Die Nutzung von Prozessmodellierungsmethoden oder - werkzeugen kann erheblichen Einfluss auf die Effektivität von Prozessen haben. Das gilt insbesondere für Situationen, in denen Personen unter Stress stehen oder ungeübt sind. In diesen Fällen geben Prozessmodelle konkrete Empfehlungen, nach denen sich die handelnden Personen richten könnten. In Experimenten mit der Business-Simulation Apollo 13 haben wir den Effekt eines Einsatzes von Prozessmodellierungsmethoden und -werkzeugen untersucht. Bereits bekannte Theorien (z.B. über geeignete Verhältnisse von Kommunikationsinhalten) konnten bestätigt werden. Darüber hinaus haben wir eine besondere Bedeutung der Übertragbarkeit von Prozessmodellen in konkrete Handlungen identifiziert.
Die erdbebensichere Auslegung von erdverlegten Rohrleitungssystemen ist von wesentlicher Bedeutung zur Sicherstellung der Funktionalität der Versorgungsinfrastruktur nach einem Erdbebenereignis. Zur Vermeidung von Netzausfällen ist es erforderlich, die räumlich weit ausgedehnten Leitungssysteme mit geeigneten rechnerischen Modellen seismisch zu bemessen. Der vorliegende Beitrag behandelt die Beanspruchung von Rohrleitungssystemen durch seismische Welleneinwirkung und stellt geeignete Näherungsansätze und ein detailliertes Rechenmodell für seismische Leitungsanalysen vor. Mit den Ansätzen wird in Berechnungsbeispielen der Einfluss wesentlicher Parameter auf die seismisch induzierten Dehnungen in Rohrleitungssystemen untersucht.
Einleitung vor § 1297
(2014)
Vorbemerkung vor § 1297
(2014)
Vorbemerkung vor § 1353
(2014)
Vor dem Hintergrund zunehmender gesellschaftlicher Veränderungen bei den Lebens- und Familienformen hat es sich die Commission on European Family Law (CEFL) seit 2001 zum Ziel gesetzt, unverbindliche Regelungsvorschläge für ein europaweit einheitliches Familienrecht zu schaffen. Die Vorstellung und Diskussion dieser auf rechtsvergleichender Basis erstellten Principles erfolgt auf den regelmäßig veranstalteten Tagungen der CEFL. Die nunmehr fünfte Konferenz zum Thema „Family Law and Culture in Europe – Developments, Challenges and Opportunities“ fand erstmals in Deutschland statt. Ausgerichtet wurde die Veranstaltung, zu der ca. 200 Teilnehmerinnen und Teilnehmern aus Wissenschaft und Praxis aus insgesamt 33 Ländern angereist waren, von Nina Dethloff (Direktorin des Instituts für Deutsches, Europäisches und Internationales Familienrecht an der Universität Bonn), Katharina Boele-Woelki (Direktorin des Utrecht Centre for European Research into Family Law und Preisträgerin des Anneliese Maier-Forschungspreises der Alexander von Humboldt-Stiftung) und Werner Gephart (Direktor des Käte Hamburger Kollegs „Recht als Kultur“).
Vorbeschäftigungszeiten als Leiharbeitnehmer zählen für Kündigungsschutz grundsätzlich nicht mit
(2014)
Ab dem 1.1.2015 ist es soweit: Deutschland erhält einen flächendeckenden und weitgehend branchenunabhängigen gesetzlichen Mindestlohn. Danach haben grundsätzlich alle abhängig beschäftigten Arbeitnehmer einen Anspruch auf eine Entlohnung von wenigstens 8,50 EUR brutto je Arbeitsstunde. Die Auswirkungen dürften enorm sein. Das Bundesministerium für Arbeit und Soziales geht jedenfalls davon aus, dass aufgrund der Einführung des gesetzlichen Mindestlohns mehrere Millionen Beschäftigte einen höheren Lohn beanspruchen können. Der nachfolgende Beitrag gibt einen Überblick über die wesentlichen Inhalte des gesetzlichen Mindestlohns und Hinweise für Anwendungsprobleme in der betrieblichen Praxis.
Die Beschäftigung von Prokuristen ist gängige betriebliche Praxis. Unternehmen stehen dabei immer wieder vor der Frage, ob und welche Arbeitnehmer sie zu Prokuristen bestellen sollen. Nicht selten bleiben hierbei die arbeitsrechtlichen Konsequenzen, die mit der Bestellung eines Arbeitnehmers zum Prokuristen einhergehen können, unberücksichtigt, wie diverse Gerichtsentscheidungen zeigen. Dieser Beitrag soll einen Überblick über die arbeitsrechtlichen Folgen bei der Beschäftigung von Prokuristen geben und der betrieblichen Praxis somit gleichzeitig als Entscheidungshilfe dienen, wenn es um das Ob und Wie der möglichen Bestellung eines Arbeitnehmers zum Prokuristen geht.
Gebaute Geschichte in Turin
(2014)
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Kontaktwinkels eines flüssigen oder mit Flüssigkeit gefüllten Körpers. Dieser besteht aus einem Träger (1) und einer damit verbundenen, in einem Winkelbereich von mehr als 0° bis maximal 90° neigbaren Ebene (8) mit einer darin ausgebildeten Abrollbahn (9) für den flüssigen oder mit Flüssigkeit gefüllten Körper. An der Ebene (8) sind mehrere Sensoren (11, 12) zur Erfassung der Rolldauer des Körpers entlang der Rollstrecke angeordnet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einstellung des Neigungswinkels der Ebene (8) über ein Winkelmessgerät (10) erfolgt, wodurch ein Abrollwinkel erfassbar ist, bei dem der Körper in Bewegung gerät. Aus der Rolldauer, der Rollstrecke und dem Abrollwinkel wird der Kontaktwinkel des Körpers ermittelt.
Biotechnologie und die mit ihr verbundenen technischen Prozesse prägen seit Jahrtausenden die Entwicklung der Menschheit. Ausgehend von empirischen Verfahren, insbesondere zur Herstellung von Lebensmitteln und täglichen Gebrauchsgütern, haben sich diese Disziplinen zu einem der innovativsten Zukunftsfelder entwickelt. Durch das immer detailliertere Verständnis zellulärer Vorgänge können mittlerweile Produktionsstämme gezielt optimiert werden. Im Zusammenspiel mit moderner Prozesstechnik können so eine Vielzahl von Bulk- und Feinchemikalien sowie Pharmazeutika effizient hergestellt werden. In diesem Artikel werden exemplarisch einige der aktuellen Trends vorgestellt.
Adsorptive Vorbehandlung von Rohglycerin für die 1,3-Propandiol Fermentation mit Clostridium diolis
(2014)
Bei der Gewinnung von Fettsäuren aus Pflanzenölen, z. B. zur Herstellung von Biopolymeren, oder bei der Biodiesel- und Seifenproduktion, fällt Glycerin als Nebenprodukt an. Bei der Biokonversion dieses Rohstoffes zu 1,3-Propandiol wird der Produktionsorganismus Clostridium diolis durch Verunreinigungen im Rohglycerin gehemmt. Als inhibierende Substanzen konnten freie Fettsäuren identifiziert werden. Mithilfe eines adsorptiven Aufarbeitungsverfahrens ist es gelungen, die Fettsäuren zu entfernen und die Konversionseffizienz zu 1,3-Propandiol zu erhöhen.
Organisation
(2014)
Thema
06 On the Road and Inside Indonesia | FH-Studentin Petra Hess schreibt ein Buch über Sulawesi
12 Von Hunden im Schafskostüm | Mit „North Orbit“ zeigt der Student Kevin Ramolla Island einmal anders Studium
16 Intelligenter als Staubsaugerroboter | Robotik an der FH Aachen
18 Wir sind Weltmeister! | Carologistics-Team gewinnt bei Roboter-WM
20 „Dein Passwort hält 28 Trilliarden Jahre lang durch!“ | Studierende schärfen Bewusstsein für Passwortsicherheit
22 Gute Ideen für echte Herausforderungen | Zukunftswerkstatt bei der Summer School Renewable Energy
24 Auf der Überholspur | Aixtreme-Racing-Team blickt auf eine gute Saison
26 Das „Momentum“ halten | Interview mit Teamchef Maximilian Philippi
28 Statt Fernseher und Fitnessstudio | Help e.V. hilft jungen Menschen, sich sozial zu engagieren
30 Nimm mein Auto! | FH-Student arbeitet im Start-up-Unternehmen „Tamyca“
32 Nominiert: PR-Bild-Award
34 Den Nerv der Zeit getroffen | Studenten gewinnen dritten Platz bei weltweitem Wettbewerb International
36 Kleiner Sprung, großer Sprung | Solange Wetzels hat sich für ein Studium an der FH entschieden
FORSCHUNG UND TRANSFER
38 Schlag auf Schlag | Pulsierende Herzzellen ebnen im Institut für Bioengineering den Weg zur personalisierten Medizin 42 Komplexe Prozesse einfach dargestellt | Gestalterteam entwirft iPad-App für „ProSense“
44 Zwei Welten vereint | Bei der Entwicklung von Sensoren verknüpft das Institut für Nano- und Biotechnologien Biologie und Mikroelektronik Personen
48 Wir machen euch zum Kaiser! | Fotoaktion bei den Newcomer Days
50 An der Schnittstelle | Dr. Nils Bausch arbeitet als Lecturer an der University of Portsmouth
55 Zwei neue Publikationen zum Aachener Dom
SERVICE
56 Meldungen
59 Kopfnuss
60 Ortswechsel | „La Batte“ in Lüttich
62 Impressum
Thema
06 Im Steinreich | Wie Dombaumeister und FH-Absolvent Helmut Maintz mit modernen Mitteln das Erbe von 1200 Jahren bewahrt
12 Ein Meer aus Purpur und Gold | Karlsfiguren als Botschafter Aachens
14 Karl ist in uns allen! | Fotoshooting auf dem Münsterplatz war ein Riesenerfolg Studium
16 Made in Goethestraße | Studierende arbeiten an der Weiterentwicklung von 3-D-Druckern
18 Wenn Träume fliegen lernen | Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik bietet Summerschool Segelfliegen an
20 Kampf um die goldene Dose | Robotikwettbewerb für Scientific-Programming-Studierende
21 Rückenschmerz war gestern | FH-Team entwickelt eine Auflage für Bürostühle
22 Auf gute Nachbarschaft | FH kooperiert mit niederländischem Studierendenverein
24 Vier Unternehmen, drei Tage und 1000 Eindrücke | Studierende des Fachbereichs Wirtschaftswissenschaften auf Benchmark-Reise
25 Ein Grill ist keine Lampe | Gestalter gewinnen Publikumspreis beim Young Creations Award: Upcycling 2014
26 Eine Aufgabe für die gesamte Hochschule | Halbzeitbilanz für das Projekt zur Qualitätsverbesserung in Studium und Lehre
27 Kreative Zufälle | Siebdruckkurs im Ludwig Forum
28 Meldungen/Studium International 30 Goldrausch | Zehn Studierende des Fachbereichs Bauingenieurwesen fahren auf Exkursion nach Kalifornien
32 Torbens Triple | Student des Fachbereichs Wirtschaftswissenschaften auf der Erfolgsspur
34 Auf einmal mittendrin | Studierende des Fachbereichs Gestaltung erleben Istanbul
36 Wenn Tiger am Tatort schwitzen | Zwei FH-Studentinnen forschen für ein paar Monate in der weiten Welt FORSCHUNG UND TRANSFER
38 Der IceMole wird erwachsen | Einschmelzsonde besteht Härtetest in der Antarktis
40 Zündkerze | Mit Mikrowellenenergie Sprit sparen
42 Eine Aufgabe für eine ganze Generation | Energiewende ist und bleibt zentrales Thema des Solar-Instituts Jülich
44 „Early Birds“ – Premiere in Belgien | Vertreter aus Wirtschaft und Wissenschaft zu Gast bei der Sterisys PGmbH
46 Eine elektronische Nase | FH-Forscher entwickelt neues Verfahren zur Überwachung von Abfüllprozessen
48 Ein Höhenflug | Motorsegler der FH Aachen überfliegt den Himalaya bis hinauf zum Gipfel des Mount Everest Personen
52 Unser Mann auf dem Himalaya | Fabian Nawrath hat schon in vielen Ländern eine Dose Cola getrunken
58 Ein Mythos lebt | FH-Alumnus Uwe Niermann und Künstler Peter Klasen bringen Rennlegende wieder auf die Strecke 62 Noch mehr Fahrspaß am Dreiländereck | FH-Student René Hamacher engagiert sich fürs Mountainbiken
63 Boonzaaijer begeistert | FH Aachen verleiht Lehrpreis an Designprofessor
64 Mein Partner mit der kalten Schnauze | Tierische Verstärkung in der Telefonzentrale der FH Aachen
68 Alles andere als langweilig | Leif Battermann ist einer von 78 Studierenden, die eine Ehrenplakette erhalten
70 Rückenwind fürs Studium | 70 Studierende erhalten ein FH-Stipendium
72 Von Kaiser Wilhelm bis Buffalo Bill | Thomas Lochner erzählt die Geschichte der Aachener Tuchindustrie
73 Personalia / Professoren
76 Neue Gleichstellungsbeauftragte | Judith Kürten löst Andrea Stühn ab
76 im Amt bestätigt | Prof. Klocke steht auch in der neuen Amtsperiode an der Spitze des Hochschulrats der FH Kiel SERVICE
78 Den Boden bereiten | Der neue Campus der FH Aachen an der Eupener Straße nimmt Gestalt an
80 Herzlich willkommen! | Fotoaktion bei den Newcomer Days
82 Neuer Hörsaal auf dem Campus Jülich | Nach nur sieben Monaten Bauzeit fertiggestellt
83 Alle Ampeln auf Grün | Schülerinnen bauen Auto mit Wasserstoffantrieb
84 Gemeinsam für den Wissenschaftsstandort | Region und Hochschulen unterzeichnen Kooperationsvertrag
86 Messen und Veranstaltungen
93 Meldungen/Service
94 Ortswechsel | Macht Kunst Schätze – die Ausstellungen zum Karlsjahr
96 Impressum
Die PIA GmbH prüft seit fast 8 Jahren die Standsicherheit von Behältern für Kleinkläranlagen. Diese bestehen in der Regel aus Kunststoff oder Beton und müssen über ihre gesamte Lebensdauer den Beanspruchungen aus Handhabung, Einbau und Betrieb standhalten. Die Standsicherheit kann nach EN 12566 wahlweise durch einen rechnerischen Nachweis oder durch einen praktischen Nachweis wie die Bruchlastprüfung oder die Prüfung in der Grube erfolgen.
EU-Projekt INSYSME : innovative Systeme für erdbebentaugliche Ausfachungswände aus Ziegelmauerwerk
(2014)
Am 1. Oktober 2013 ist das auf drei Jahre angelegte EU-Forschungsprojekt INSYSME – Innovative Systeme für erdbebentaugliche Ausfachungswände aus Ziegelmauerwerk in Stahlbetonrahmentragwerken – gestartet. Unter der Koordination der Universität Padua beteiligen sich 16 Partner aus sechs europäischen Ländern (Deutschland, Griechenland, Italien, Portugal, Rumänien, Türkei). Als deutsche Partner nehmen die Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel aus Bonn, die Universität Kassel sowie das Ingenieurbüro SDA-engineering GmbH aus Herzogenrath, teil. Ziel der deutschen Partner ist die Entwicklung von innovativen Ausfachungssystemen aus monolithischem wärmedämmenden Ziegelmauerwerk, mit denen nicht nur eine erhöhte Erdbebensicherheit, sondern auch die sichere Erfüllung der steigenden Anforderungen aus Windbeanspruchungen gewährleistet werden können. Die Forschungsergebnisse sollen vom Partner SDA-engineering GmbH in die bereits seit einigen Jahren verfügbare Softwarelösung MINEA [1] integriert werden. Weitere Informationen stehen auf den Websites des Projektes [2] zur Verfügung. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer kurzen thematischen Einführung die Ergebnisse von Tastversuchen an senkrecht zur Ebene belasteten Ausfachungswänden aus Planziegelmauerwerk vorgestellt. Im Anschluss wird das geplante Arbeitsprogramm der deutschen Partner im Projekt INSYSME beschrieben.
Die Erdbeben in Albstadt 1978 (Magnitude 5,7), Roermond 1992 (Magnitude 5,9) oder in Waldkirch 2004 (Magnitude 5,1) haben verdeutlicht, dass die erdbebensichere Auslegung von Mauerwerksbauten auch in Deutschland von großer Bedeutung ist. Bereits im Jahr 1981 wurde die DIN 4149 (1981) “Bauten in deutschen Erdbebengebieten – Lastannahmen, Bemessung und Ausführung üblicher Hochbauten“ eingeführt, in der aber für Mauerwerksbauten nur wenige Anforderungen gestellt wurden. Diese Norm wurde durch den NABau-Arbeitsausschuss “Erdbeben; Sonderfragen“ des Deutschen Instituts für Normung e.V. (DIN) auf Grundlage des Eurocode 8 (2004) vollständig überarbeitet und durch die DIN 4149 (2005) abgelöst, die umfangreiche Regelungen für die seismische Auslegung von Mauerwerksbauten enthält. Mittlerweile liegen die DIN EN 1998-1 (2010) und der Nationale Anhang DIN EN 1998-1/NA (2011) vor, die nach Einarbeitung der Ergebnisse der durchgeführten Anwendungserprobung bauaufsichtlich eingeführt und die DIN 4149 (2005) ersetzen werden. Der folgende Beitrag gibt einen Überblick über die seismische Berechnung und Bemessung von Mauerwerksbauten nach dem europäischen Regelwerk und illustriert deren Anwendung an einem baupraktischen Beispiel.
Geologisch-geotechnischer Planungsprozess von Tunnelbauten mit Schwerpunkt tiefliegender Tunnel
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Mikrowellentechnik
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Die Marktübersicht „Unterschiedliche Entwicklungsansätze von Multiplattform-Anwendungen“ richtet sich an IT-Dienstleister, Entwickler und IT-Abteilungen von Unternehmen, die Multiplattform Anwendungen entwickeln. In dieser Marktübersicht werden verschiedene Entwicklungsansätze beschrieben und ihre jeweiligen Vor- und Nachteile aufgezeigt.
Mobile Anwendungen nehmen mit der Verbreitung von Smartphones zu. Die Akzeptanz der Nutzer bestimmt den Erfolg solcher mobiler Applikationen dabei maßgeblich. Um diese Anerkennung zu schaffen, ist eine möglichst hohe Gebrauchstauglichkeit, auch Usability genannt, notwendig. Die Informationsbroschüre „Prototyping zur Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit mobiler Software“ richtet sich an Personen, die an der Gestaltung und entwicklung von (mobiler) Software beteiligt sind. In dieser Broschüre werden mögliche Potenziale im Bereich einer effizienten und benutzerzentrierten Software-Entwicklung aufgezeigt.
Die Informationsbroschüre „3D-Druck – Prozessmanagement für individualisierte Massenprodukte“ richtet sich an 3D-Druckdienstleister, die additive Fertigungsverfahren (Additive Manufacturing) nutzen, sowie an IT-Dienstleister, die eine Plattform für den Datenaustausch und die Individualisierung anbieten.
Mit der additiven 3D-Drucktechnologie erfolgt die Fertigung von Produkten durch einen schichtweisen Aufbau. In dieser Broschüre werden mögliche Potenziale im Bereich der Herstellung mittels additiver Fertigungsverfahren aufgezeigt.
Die Informationsbroschüre „Elektromobilität in einer vernetzten Welt“ richtet sich an IT-Dienstleister. In dieser Broschüre werden mögliche Potenziale im Bereich der Elektromobilität aufgezeigt. Die Mobilität der Zukunft ist eine interdisziplinäre Angelegenheit und kein reines Automotive-Thema mehr. Beispiele wie Mobilitätsmanagement, eCommerce und Individualisierung sind im Mobilitätsbereich für die IT-Branche relevant.
Die Informationsbroschüre "Konzept für einen spielerischen Ansatz zur multimodalen Mobilitätsplanung“ richtet sich an Spiele- und System-Designer sowie Entwickler. In dieser Broschüre werden mögliche Potenziale im Bereich des allgemeinen Mobilitätsmanagements aufgezeigt, Automobilhersteller vernetzten sich zunehmend mit Technologie-Unternehmen.
Die Informationsbroschüre „Anforderungen an die Gestaltung multimodaler Mobilitätsanwendungen“ richtet sich an IT-Dienstleister. In dieser Broschüre werden mögliche Potenziale im Bereich des allgemeinen Mobilitätsmanagements aufgezeigt. Automobilhersteller vernetzten sich zunehmend mit Technologie-Unternehmen. Es geht nicht nur um die besondere Entwicklung von spezieller Elektronik- und Softwarelösungen für Navigations- und Entertainmentsysteme oder auch Fahrassistenz-Systemen in modernen PKW, sondern um einen übergreifenden Design- und Interaktionsansatz für miteinander vernetzte Geräte.
Feldbustechnologie
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Der Embedded Wireless-Report
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Generation Y
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Mehrwert
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Nah- versus Nachtoderfahrungen
Nahtoderfahrungen (NTE) sind ein Phänomen aus der Kategorie „außergewöhnliche Bewusstseinserfahrungen“. Sie treten in unmittelbarer Nähe des eigenen Todes auf. Oft, aber nicht immer, handelt es sich dabei um Erfahrungen von Personen, die durch ärztliche Maßnahmen wiederbelebt wurden und später davon berichten (NTE-ler). Jedoch kommen solche Phänomene auch bei Menschen vor, die während einer schweren Erkrankung eine lebensbedrohliche Krise haben, hiervon aber spontan genesen.
Den NTE ähnlich sind auch sogenannte Nachtod-erfahrungen sowie spontane Erlebnisse, die im Rahmen anderer außergewöhnlicher Stresssituationen auftreten. Von Nachtoderfahrungen spricht man, wenn die Betroffenen anlässlich des Todes von geliebten Angehörigen oder Freunden Erlebnisse haben, die inhaltlich ebenfalls, zumindest aber teilweise, denen von NTE entsprechen.
Nachtoderfahrungen sowie spontane NTE-ähnliche Erlebnisse unterscheiden sich jedoch von den echten NTE zumeist sowohl quantitativ als auch qualitativ. Unter einem quantitativen Unterschied versteht man in diesem Zusammenhang eine in der Regel geringer ausgeprägte Komplexität, als sie sehr vielen NTE zu eigen ist. Da sich aber auch viele NTE selbst bezüglich ihrer Komplexität unterscheiden, ist der Hauptunterschied qualitativer Natur: Echte NTE besitzen gegenüber den anderen hier erwähnten Phänomenen eine größere inhaltliche und emotionale Tiefe. Sie begleiten die Betroffenen anschließend ein Leben lang – zumeist mit positiven, in Einzelfällen aber auch mit negativen Folgen, die bis zu einem späteren Suizid reichen können.
Die genannten außergewöhnlichen Bewusstseinsphänomene lassen sich in ihrer Gesamtheit bei rund 5 % der Bevölkerung finden. NTE im Speziellen haben hiervon einen durchaus bedeutenden Anteil. Je nach Studie geben zwischen 18 % und 40 % aller Personen, die reanimiert wurden, an, währenddessen eine NTE erlebt zu haben. Dass nicht alle eine solche Erfahrung machen, wird von Kritikern gern dahingehend interpretiert, NTE seien rein physiologischer und keineswegs spiritueller Natur. Jedoch sollte man bedenken, dass im Fall einer rein neurophysiologischen Grundlage von NTE dann bei jedem ein solches Phänomen zu erwarten wäre, so wie beispielsweise auch die Symptome einer Hypoglykämie im Wesentlichen immer dieselben sind.
In Folge mehrjähriger statistischer Untersuchungen an der FH Aachen ist unter anderem ein Eingangstest entstanden, der als Diagnosetool für einen erfolgreichen Studieneinstieg verwendet wird. Es hat sich herausgestellt, dass ein Testergebnis von weniger als 25 (von maximal 56 erreichbaren) Punkten die Chance auf einen erfolgreichen Studieneinstieg deutlich verringert. Ungefähr die Hälfte aller Erstsemester hat weniger als 25 Punkte im Eingangstest. Weniger als 20 % dieser Gruppe bestehen innerhalb eines Jahres die Klausur Mathematik 1. Die investierte Zeit von zwei Semestern ist mit Blick auf den Wissenszuwachs und damit letztendlich den Studienerfolg nicht effizient genutzt. Deshalb haben wir im WS 2013/14 einen semesterbegleitenden Anpassungskurs für diese Gruppe installiert. Ziel eines solchen Kurses ist es, die Student/innen innerhalb eines Jahres in die Lage zu versetzen, nach zwei Semestern problemlos den Vorlesungen in Mathematik zu folgen. Dieser Artikel beschreibt das Konzept dieses Anpassungskurses und zeigt erste Ergebnisse und Probleme des Pilotdurchgangs auf.