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Im Rahmen des Forschungsschwerpunkts 3 wurde experimentell und theoretisch die NO{sub x}-Bildung und -Reduktion bei der Druckkohlenstaubverbrennung untersucht. Der zuvor beschriebene Einfluss der Kohlemahlung auf die Flamme konnte auch anhand der NO{sub x}-Messungen an der DKSF-Anlage Aachen bestaetigt werden. Waehrend mit Braunkohle im Staubfeuerungsbetrieb noch keine eindeutige Druckabhaengigkeit nachgewiesen werden konnte, haben vom Lehrstuhl durchgefuehrte NO{sub x}-Messungen an der DKSF-Anlage Dorsten im Schmelzkammerfeuerungsbetrieb mit der Steinkohle Spitzbergen zwischen 9 und 13 bar ein Absinken der Stickoxidkonzentrationen mit steigendem Druck ergeben. Fuer die rheinische Braunkohle soll dieser Druckeinfluss in den naechsten Versuchsfahrten ausfuehrlicher untersucht werden. Es wurde anhand von numerischen Simulationen zu einer Braunkohleflamme der 6. Versuchsfahrt ein Vergleich zwischen der NO{sub x}-Modellierung im Standard-FLUENT-Code und in dem mit User Defined Subroutines der international flame research foundation (IFRF), Ijmuiden, erweiterten FLUENT-Code vorgenommen. Es zeigte sich, dass bei der Modellierung der Stickoxidbildung die unterschiedlich vorhergesagten Flammentemperaturen eine entscheidende Rolle spielen. Eine genauere Analyse der NO{sub x}-Modelle im Vergleich zu Messergebnissen ist bei einer Schmelzkammerfeuerung mit einer stabilen Flamme vorzunehmen. Es wurden zusaetzlich Messungen zur Untersuchung der Kinetik homogener Gasphasenreaktionen in Rauchgasen an einem Stahlreaktor durchgefuehrt. Dabei wurde sowohl der thermisch bedingte als auch der durch zudosierte Additive katalysierte Abbau nitroser Komponenten betrachtet. Vergleichend wurden mit einem am Lehrstuhl entwickelten Programm die Kinetik beschrieben. Hierbei wird mit einer Sensitivitaetsanalyse eine Reduzierung der detaillierten Darstellung der Reaktionskinetik erreicht, die es erlaubt, mit einem CFD-Code wie FLUENT zwei- und dreidimensionale Rechnungen zum Abbau verschiedener Rauchgaskomponenten durchzufuehren. Die Uebereinstimmung zwischen ein- und zweidimensionalen Rechnungen und den Messungen ist gut.
Im Projekt INGMEDIA ist die Lernform "Praktikum" zu einer selbst bestimmten Lernumgebung weiterentwickelt worden. Vielfältige Kontextangebote bieten individuelle Lerneinstiegsmöglichkeiten und aktivieren selbstgesteuertes Lernen. Praktika aus drei Bereichen des Ingenieurstudiums, "physikalische Grundlagenpraktika", "Telematiklabore für Elektronik" in der Studienmitte und "virtuelle Technologiepraktika" für Fortgeschrittene , wurden mit Hilfe der Neuen Medien umgestaltet, erprobt und evaluiert. Alle Lern- und Praktikumseinheiten können mit Standard-Internet-Browsern über die INGMEDIA-Lernumgebung (ILIAS Open source) benutzt werden. Für Lehrende wird die Plattform durch ein komfortables Offline-Autorensystem ergänzt, mit dem mulitmediale Lern- und Praktikumseinheiten ohne spezielle Programmierkenntnisse erstellt und automatisch in die Datenbank der ILIAS Lernplattform importiert werden können. Die weiterentwickelten Praktikumseinheiten werden seit dem Wintersemester 2002/03 im regulären Lehrbetrieb eingesetzt und formativ evaluiert. Bei den Erprobungen der hypermedialen Lerneinheiten in physikalischen Grundpraktika schätzen die Lernenden den Stand ihrer Vorbereitung als befriedigend ein, die Praktikumsbetreuer konstatierten eine merkliche Verbesserung des Wissensstandes. Die Mehrheit der Studierenden begrüßte vor allem die durch die Telematik angebotene größere Freiheit eines zeit- und ortsunabhängigen Lernens und der eigenen Lernorganisation. Das virtuelle Technologie-Praktikum: "Sensor-Fertigung" ermöglicht die Neukonzeption einer industrienahen Ausbildung von Ingenieuren in innovativen Technologien und hat sich bereits bestens bewährt. Die empirischen Befunde über alle im INGMEDIA-Projekt evaluierten Praktika weisen darauf hin, dass Akzeptanz und Lernerfolg beim Einsatz neuer Medien umso deutlicher sichtbar werden je größer die Selbstlern- und Medienkompetenzen der Studierenden sind.
Bei der Einführung von Bachelor- und Masterstudiengängen sind die entsprechenden gesetzlichen Anforderungen zu beachten sowie die Anforderungen von Akkreditierungsrat und Akkreditierungsagentur. Bachelor- und Masterstudiengänge müssen modularisiert sein und in ein Leistungspunktesystem integriert. Die Leistungspunkte müssen auf der tatsächlichen Arbeitsbelastung der Studierenden basieren. Bei der Konzeption von Bachelor- und Masterstudiengängen soll zunächst eine Bedarfsermittlung erfolgen. Besteht ein Bedarf, soll ein Abschlussprofil basierend auf den Kompetenzen (besondere Beachtung verdienen die Schlüsselqualifikationen), über die der Absolvent verfügen soll, erstellt werden. Aus diesem wird ein Curriculum mit Modulen abgeleitet. Die Module werden mit Leistungspunkten versehen und auf einem Modulbogen zwecks Transparenz beschrieben. Dabei ist der Paradigmenwechsel vom Lehrenden zum Lernenden zu beachten – Lernergebnisse statt Lernziele. Die Lernergebnisse werden mittels Kompetenzen ausgedrückt. Der Studiengang wird des weiteren im Diploma Supplement, welches der Studierende bei Abschluss zusätzlich zum Zeugnis erhält, dokumentiert. ECTS ist aber auch mit weiteren Auflagen verbunden. Noch herrührend von ECTS als reinem Transfersystem müssen beim Austausch von Studierenden die Formulare ECTS Application, Learning Agreement und Transcript of Records vom Fachbereich in Abstimmung mit der jeweiligen Partnerhochschule ausgefüllt werden, (siehe Anlagen 4 und 5). Zur Information aller Studierenden sollen die folgenden Dokumente bereitstehen: Ein Ratgeber für Gaststudierende, eine Beschreibung der Hochschule und der Fachbereiche (nach bestimmten Kriterien) sowie Beschreibungen aller Module (siehe Anlage). Die Fachhochschule hat diese Informationen schon zum größten Teil auf ihrer Website dargestellt. Wichtig ist die Pflege der Daten, die von den einzelnen Fachbereichen bzw. den Lehrenden übernommen werden muss, da nur sie die Richtigkeit und Aktualität der Daten gewährleisten können.
AP 1 : Verknüpfung der organisatorischen Bildung von Modulen mit der Umstellung auf ein Leistungspunktesystem ; Abschlussbericht. Einleitung, Auswahl eines Leistungspunktesystems, Bedingungen bei der Einführung von ECTS, Verknüpfung der Kriterien Learning Outcomes und Workload, Konzeption eines Studiengangs, Erfassung der Arbeitsbelastung Studierender, Ergebnisse der Umfrage zu allgemeinen Kompetenzen, Diploma Supplement, Öffentlichkeitsarbeit
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.
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