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Forschungsbericht 2010
(2010)
Forschungsbericht / Themenheft : Energie, Mobilität, Luft- und Raumfahrt. 72 S. : Ill., graph. Darst. gedruckte Ausgabe unter der Signatur 91 AKN 100-2010 Inhaltsverzeichnis: 4 Grußworte Prorektorin Prof. Dr. rer. nat. Christiane Vaeßen 6 Highlightprojekte 10 Solar-Institut-Jülich 11 Aquasol und CuveWaters 13 PaRiKo 14 Science College Overbach 15 Summer School Renewable Energy 16 Solarturm Jülich 18 Hochtemperatur-Wanderbett-Wärmeübertrager 20 Stromversorgung mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energieerzeuger 21 Standards für solare Prozesswäre 22 Solarturmtechnik (viCERP) 24 Novum-Institut 25 MAK-Energie 26 Exbrut 27 Biogasversuchsanlage 28 MiProBa 30 Elektrotechnik 30 Ultrakompakte Leuchtstofflampe 32 ITP Mobilität 34 Elektromobilität 34 E_bike 37 Konzept-Elektrofahrzeug 4e4 40 Elektromobilitätskonzepte 43 Mobilität und Verkehr 43 Mobiliätskonzept für FH Aachen 44 Luft- und Raumfahrt, Automotive 44 Sonnensegel 46 COMPASS 48 Antriebe für Werkzeugmaschinen und Fahrzeuge 50 SAAE 52 Wasserstoff-Gasturbine 53 HyDI 54 Bioethanol als Flugbenzin 56 Zertifizierung von Luftfahrtantrieben 58 Hydrostatischer Probellerantrieb 59 Hybridantrieb und Flugzeug 61 Mix-SCR 62 Abgasnachbehandlung 3D-Keramik 63 VisMut 64 WING 68 Silent Structure 70 Entwicklungspotenzial bei variablen Kfz-Ölpumpen 72 Kunststoff-Rotationsmesser
Forschungsbericht 2011
(2011)
Forschungsbericht / Themenheft : Life Sciences 4 Grußwort Prorektorin Prof. Dr. rer. nat. Christiane Vaeßen 6 Highlightprojekte 9 Nano- und Biotechnologien, Medizintechnik, Bioengineering 10 Institut für Nano- und Biotechnologien 11 Multifunktionaler Bio-Sensorchip für biodegradierbare Biopolymere 12 Intelligente Logik-Gatter mit stimuli-responsiven Hydrogelen 13 Entwicklung eines Multisensorsystems in Siliziumtechnik zur Berurteilung der Gärbiologie eines Anaerobfermenters in der Flüssigphase 14 Optimierung des Betriebs eines Biogasfermenters mithilfe eines Feldeffekt-Biosensors auf der Basis eines lichtadressierbaren potenziometrischen Sensors (Bio-LAPS) 15 Modulares Sensorsystem für die Zellkultur-Prozessentwicklung (Cellsens) 16 "Nano-inspirierte Oberflächen für die Entwicklung spezifischer Feldeffekt-Biosensoren 17 Multimodale Sensoren für die Umweltanalytik in flüssigen Medien im industriellen Umfeld 18 Gassensorik für den qualitativen und quantitativen Nachweis von H2O2 für aseptische Verpackungen im Bereich der Lebensmitteltechnologie 19 „Entwicklung von therapeutischen Impfstoffen gegen Krebs“ 20 Institut für Bioengineering 22 Zellbiophysik : Personalisierte Medizin - Wirkstoffanpassung mit CardiaKytos 23 Labor für Biomaterialien : Biokompatibilität von Werkstoffen bludruchströmter Medizingeräte 24 Labor für Zell- und Mikrobiologie : Zusammenschluss von Molekularer Biophysik und Mikrobiologie 25 Labor für Biomechanik : Virtuelle Realität: Geglättete Finite-Elemente –Methode zur Simulation in der Medizintechnik 26Labor für Biomechanik : Optimierung chirurgischer Klammernahtgeräte zur operativen Darm-Anastomose 27 Labor für Medizinische & Molekulare Biologie : CARA - Entwicklung einer nichtinvasiven Sonde für den klinischen Einsatz zur Prognose des Risikos einer Frühgeburt bei Schwangeren 30 Kompetenzplattform Bioengineering 31 IceMole eine sich autonom ins Eis grabende Sonde für die Polarforschung und die Suche nach Leben im Sonnensystem 33 Nahinfrarotspektroskopie zur Überwachung von Biogasanlagen 34 Schlingensysteme zur Behandlung von Belasungsinkontinenz 36 Weitere Forschungsaktivitäten Telemedizin : Produktstudien 39 Angewandte Polymerchemie, Nuklearchemie, Umweltbiotechnologie 40 Institut für angewandte Polymerchemie (IAP) : "Intelligente Hydrogele" als kontaktfrei steuerbare Pharmadepots zur gezielten Tumorbekämpfung 43 Das Labor für Nuklearchemie 45 Institut NOWUM -Energy 46 EnergieEffizienz-Netzwerk : Eine Chance für die Life-Science-Industrie 48 MiProBa : Ein Projekt zum Thema Biogas 49 Weitere Forschungsaktivitäten : IMMOTHERM 50 Systematische Untersuchung des Biogas-Prozesses : Beteiligte Mikroorganismen und deren Stoffwechsel 51 Der pflanzliche Aromatenstoffwechsel : Aller guten Dinge sind drei? Aromatenstoffwechsel 51 54 Impressum
Forschungsbericht / Themenheft : Querschnittsthemen 4 Grußwort Prorektorin Prof. Dr. rer. nat. Christiane Vaeßen 6 Highlightprojekte 8 Erfolgsmeldungen aus der Wissenschaft 10 Konstruktion, Planung und Gestaltung / Institut für Baustoffe und Baukonstruktionen (IBB) 12 Stahlbaulabor 13 Geografische Informationssysteme in der Gewässerplanung 14 Didaktisch visuelle Einführung in die Architektur des Aachener Doms 16 CIVITAS-DYN@MO 17 Laserinstallation „fluently scientific“ 18 Subversive Schönheit 19 Gestaltung als Tool Wirtschaftswissenschaften 24 Cross-cultural Training 26 Unternehmerische Orientierung in etablierten Unternehmen – der Einfluss des Top-Management-Führungsstils im internationalen Vergleich 28 LEAN LAB 30 QFD - Stand der Anwendung und Perspektiven in Deutschland 34 Entwicklung eines universellen Qualitätskontrollzentrums 35 Telekommunikationsmärkte der Zukunft MINT 38 Forschungsprojekt GPUFaserVis - Visualisierung von hochauflösenden Nervenfasern des Gehirns 39 "3rd pulse plasma bulb" (quasi-quecksilberfreie HF-Energiesparlampe) 40 Labor für Nuklearchemie 44 CHERNE - Die Erfolgsgeschichte eines Hochschulnetzwerks 46 Steigerung der Immunogenität von therapeutischen Impfstoffen gegen Krebs (INB) 47 Direkter Nachweis von geladenen Makromolekülen mit Feldeffekt-Biosensoren, "veredelt" mit Keramikoberflächen (INB) 48 Smartphones - kleine Alleskönner, die viel über uns wissen 49 Gebrauchstaugliche IT-Systeme für den Mittelstand 51 Engineering-Useability mit Motion-Controllern 52 Labor für Elektrische Antriebssysteme : Rapid-Control-Protoyping von Industrieantrieben 53 Einzelteilfertigung komplexer Endprodukte am Beispiel Zahntechnik und Goldschmiedekunst 55 Schadstoffarme Wasserstoff und Syngas-Verbrennung für die Energieversorgung von morgen 56 EC2GO – Thermomanagement im E-Carsharing 57 SORT Standardised On-Road Test Cycles 58 EIC – Exhaust Impulse Charger 59 Der Blitz – Doch nicht unberechenbar! Ein dynamisches Modell zur Berechnung von Einschlagstellen und Einschlagwahrscheinlichkeiten 60 ETL QUADRAT: Semantische Annotationen in ETL-Prozessen als Qualitäts- und Effizienztreiber für Datenaggregatoren im Internet 61 HiX4AGWS: History-tracing XML for an Actor-driven Grid-enabled Workflow System 62 Impressum
Der konstruktive Entwurf wird in derzeitigen CAD-Systemen gut unterstützt, nicht aber der konzeptuelle Gebäude-Entwurf. Dieser abstrahiert von konstruktiven Elementen wie Linie, Wand oder Decke, um auf die Konzepte, d.h. die eigentlichen Funktionen, heraus zu arbeiten. Diese abstraktere, funktionale Sichtweise auf ein Gebäude ist während der frühen Entwurfsphase essentiell, um Struktur und Organisation des gesamten Gebäudes zu erfassen. Bereits in dieser Phase muss Fachwissen (z. B. rechtliche, ökonomische und technische Bestimmungen) berücksichtigt werden. Im Rahmen des vorliegenden Projekts werden Software-Werkzeuge integriert in industrielle CAD-Systeme entwickelt, die den konzeptuellen Gebäude-Entwurf ermöglichen und diesen gegen Fachwissen prüfen. Das Projekt ist in zwei Teile gegliedert. Im Top-Down-Ansatz werden Datenstrukturen und Methoden zur Strukturierung, Repräsentation und Evaluation von gebäudespezifischem Fachwissen erarbeitet. Dieser Teil baut auf den graphbasierten Werkzeugen PROGRES und UPGRADE des Lehrstuhls auf. Der Bottom-Up-Ansatz ist industriell orientiert und hat zum Ziel, das kommerzielle CAD-System ArchiCAD zu erweitern. Hierbei soll der frühe, konzeptuelle Gebäude-Entwurf in einem CAD-System ermöglicht werden. Der Entwurf kann darüber hinaus gegen das definierte Fachwissen geprüft werden. Im Rahmen des graphbasierten Top-Down-Ansatzes wurde zunächst eine neue Spezifikationsmethode für die Sprache PROGRES entwickelt. Das PROGRES-System erlaubt die Spezifikation von Werkzeugen in deklarativer Form. Üblicherweise wird domänenspezifisches Fachwissen in der PROGRES-Spezifikation codiert, das daraus generierte visuelle Werkzeug stellt dann die entsprechende Funktionalität zur Verfügung. Mit dieser Methode sind am Lehrstuhl für Informatik III Werkzeuge für verschie-dene Anwendungsdomänen entstanden. In unserem Fall versetzen wir einen Domänen-Experten, z. B. einen erfahrenen Architekten, in die Lage, Fachwissen zur Laufzeit einzugeben, dieses zu evaluieren, abzuändern oder zu ergänzen. Im Rahmen der bisherigen Arbeit wurde dazu eine parametrisierte PROGRES-Spezifikation und zwei darauf aufbauende Werkzeuge entwickelt, welche die dynamische Eingabe von gebäude-technisch relevantem Fachwissen erlauben und einen graphbasierten, konzeptuellen Gebäude-Entwurf ermöglichen. In diesem konzeptuellen Gebäude-Entwurf wird von Raumgrößen und Positionen abstrahiert, um die funktionale Struktur eines Gebäudes zu beschreiben. Das Fachwissen kann von einem Architekten visuell definiert werden. Es können semantische Einheiten, im einfachsten Fall Räume, nach verschiedenen Kriterien kategorisiert und klassifiziert werden. Mit Hilfe von Attributen und Relationen können die semantischen Einheiten präziser beschrieben und in Beziehung zueinander gesetzt werden. Die in PROGRES spezifizierten Konsistenz-Analysen erlauben die Prüfung eines graphbasierten konzeptuellen Gebäude-Entwurfs gegen das dynamisch eingefügte Fachwissen. Im zweiten Teil des Forschungsprojekts, dem Bottom-Up-Ansatz, wird das CAD-System ArchiCAD erweitert, um den integrierten konzeptuellen Gebäude-Entwurf zu ermöglichen. Der Architekt erhält dazu neue Entwurfselemente, die Raumobjekte, welche die relevanten semantischen Einheiten während der frühen Entwurfsphase repräsentieren. Mit Hilfe der Raumobjekte kann der Architekt in ArchiCAD den Grundriss und das Raumprogramm eines Gebäudes entwerfen, ohne von konstruktiven Details in seiner Kreativität eingeschränkt zu werden. Die Arbeitsweise mit Raumobjekten entspricht dem informellen konzeptuellen Entwurf auf einer Papierskizze und ist daher für den Architekten intuitiv und einfach zu verwenden. Durch die Integration in ArchiCAD ergibt sich eine weitere Unterstützung: Das im Top-Down-Ansatz spezifizierte Fach-wissen wird verwendet, um den konzeptuellen Gebäude-Entwurf des Architekten auf Regelverletzungen zu überprüfen. Entwurfsfehler werden angezeigt. Zum Abschluss des konzeptuellen Gebäude-Entwurfs mit Raumobjekten wird durch ein weiteres neu entwickeltes Werkzeug eine initiale Wandstruktur automatisch erzeugt, die als Grundlage für die folgenden konstruktiven Entwurfsphasen dient. Alle beschriebenen Erwei-terungen sind in ArchiCAD integriert, sie sind für den Architekten daher leicht zu erlernen und einfach zu bedienen.
Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke mit Druckwirbelschicht- oder mit Druckvergasungsverfahren ermöglichen die Verstromung von Kohle mit hohem Wirkungsgrad und niedrigen Emissionen. Eine Voraussetzung für den Betrieb dieser Anlagen ist die Entstaubung der Rauchgase bei hohen Temperaturen und Drücken. Abreinigungsfilter mit keramischen Elementen werden dazu eingesetzt. Eine Reduzierung gasförmiger Schadstoffe unter den gleichen Bedingungen könnte Rauchgaswäsche ersetzen. Ziel des Gesamtvorhabens ist es, die Integration von Heißgasfiltration und katalytischem Abbau der Schadstoffe Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in einen Verfahrensschritt zu untersuchen. Die Arbeitsschwerpunkte dieses Teilvorhabens betreffen:
die katalytische Wirkung eisenhaltiger Braunkohlenaschen,
die Wirksamkeit des Calciumaluminat als Katalysator des Abbaus unverbrannter Kohlenwasserstoffe im Heißgasfilter,
numerische Simulation der kombinierten Abscheidung von Partikeln und gasförmigen Schadstoffen aus Rauchgasen
INNOTRAP - innovative Rußfilter für LKW-Dieselmotoren : Abschlussbericht Förderkennzeichen 16IN0313
(2009)
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.
An BaTiO3 Keramik als Modellsubstanz und mit Nd:YAG- und Excimer-Lasern wurde die Mikrostrukturierung von Grünkörperpreßlingen, deren Schrumpfungsverhalten beim Sintern und die Mikrostrukturierung von gesinterten Keramiken untersucht. Für die bessere Vergleichbarkeit wurden alle keramischen Folien, Preßlinge und Sinterwerkstoffe im Rahmen des Projektes hergestellt. Die Nd:YAG Laserbearbeitung erfolgte mit einem Rasterverfahren, bei dem der fokussierte Strahl mit Hilfe eines Scanners und eines Umlenkspiegels entlang der Bearbeitungskontur geführt wurde. Bei der Excimer Laserbearbeitung wurden die Strukturen ohne Relativbewegung zwischen Strahlquelle und Bearbeitungsobjekt durch die Abbildung einer Maske erzeugt. Mit dem Nd:YAG Laser (Wellenlänge 1,06 µ m) war eine abtragende Bearbeitung nur bei den Grünkörpern, nicht aber bei den gesinterten Keramiken möglich. Mit dem Excimer Laser (Wellenlänge 248 nm) konnten dagegen sowohl Grünkörper als auch gesinterte Keramiken strukturiert werden. Wenn die Genauigkeitsanforderungen nicht unter ± 10 µm liegen, die Bearbeitungskonturen möglichst geradlinig sind und der Anteil der zu bearbeitenden Fläche klein ist, kann mit Nd:YAG-Lasern eine effiziente Mikrostukturierung von keramischen Grünkörpern durchgeführt werden. Strukturierte Grünkörper können reproduzierbar und unverzerrt zu keramischen Bauteilen gesintert werden. Mit Excimer-Lasern wird eine höhere Genauigkeit und Qualität bei der Bearbeitung von Grünkörpern und Keramiken erreicht. Die Bearbeitungseffizienz lässt sich durch eine hohe Pulswiederholfrequenz und durch die simultane Bearbeitung großer Flächen steigern. Das für Excimer-Laserstrahlung zweckmäßige Abbildungsverfahren hat besondere Vorteile, wenn ein flächiger Abtrag mit komplexen Strukturen verwirklicht werden soll, wobei Toleranzen und Reproduzierbarkeiten von besser als ± 5 µm realisiert werden konnten. Die Mikrostrukturierung mit Excimer-Lasern ist an Grünkörpern und an gebrannten Keramiken gleichermaßen möglich. Die Abtragsraten liegen bei Grünkörpern mit 0,2 µm pro Puls zwar um ca. 50% höher als bei Keramiken, es ist jedoch zweifelhaft, ob dieser Vorteil den größeren prozeßtechnischen Aufwand bei der Bearbeitung von Grünkörpern rechtfertigen kann.
Mit dem Beitrag des Teams der FH Aachen zum SDE 21/22 wird im Projekt LOCAL+ ein kreislauffähiger Holzmodulbau mit einem innovativen Wohnraumkonzept geplant und umgesetzt. Ziel dieses Konzeptes ist die Verringerung des stetig steigenden Wohnflächenbedarfs durch ein Raum-in-Raum Konzept. Gebäudetechnisch wird in dem Projekt nicht nur das Einzelgebäude betrachtet, sondern unter Berücksichtigung des Gebäudebestandes wird für das Quartier ein innovatives und nachhaltiges Energiekonzept entwickelt. Ein zentrales Wasserstoffsystem ist für ein Quartier geplant, um den Stromverbrauch aus dem Netz im Winter zu reduzieren. Zentraler Bestandteil des TGA-Konzepts ist ein unterirdischer Eisspeicher, eine PVT und eine Wärmepumpe mit intelligenter Regelstrategie. Ein Teil des neuen Gebäudes (Design Challenge DC) wird in Wuppertal als Hausdemonstrationseinheit (HDU) präsentiert. Eine hygrothermische Simulation der HDU wurde mit der WUFI-Software durchgeführt. Da im Innenraum Lehmmodule und -platten als Feuchtigkeitspuffer verwendet werden, spielen die Themen Feuchtigkeit, Holzfäule und Schimmelwachstum eine wichtige Rolle.