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Brücken in die Zukunft -Forschung an der TU Clausthal

20.06.2000 - (idw) Technische Universität Clausthal

"Brücken in die Zukunft - Forschung an der TU Clausthal", herausgegeben vom Prorektor für Forschung und Hochschulentwicklung, Prof. Dr.-Ing. Hans Peter Beck, und dem Leiter der Technologiekontaktstelle, Dipl. Geophys. Mathias Liebing, heißt folgerichtig das Buch, welches die Universität zu ihrem 225-jährigen Jubiläum vorlegt. Auf rund 250 Seiten, gegliedert in sieben übergreifende Themenkomplexe "Umwelt und Geosystem", "Rohstoffe und Energie", "Materie und Werkstoffe", "Verfahren und Produkte", "Elektronik und Automation", "Modellierung und Simulation, "Ökonomie und Management", berichten Wissenschaftler der TU Clausthal in insgesamt 52 Beiträgen über die heutigen, vielgestaltigen Clausthaler Entwicklungspfade.


"Die Clausthaler Brücken in die Zukunft zeigen - es ist wert, daß sie gebaut werden." Aus Unzufriedenheit mit der abwehrenden Haltung Harzer Bergleute gegenüber technischen Neuerungen regte Carl Friedrich von Reden in seinen Berichten in den Jahren 1769 bis 1791 die Einrichtung einer theoretischen Ausbildungsabteilung für das Oberharzer Berg- und Hüttenwesen an. Das war der geistige Beweggrund für die Einrichtung der TU Clausthal. Bewährung in der Praxis ist Meßlatte und Angriffspunkt. Wie es ist, soll es nicht bleiben, wenn es effizient(er) werden kann.

An dieser Stelle, pars pro toto, seien, als Anregung das Buch in die Hand zu nehmen, einige der "Fenster in die Zukunft" vorgestellt. Ein Wunder des menschlichen Geistes ist die Fähigkeit zeitlich weit zurückliegende und räumlich entfernte Ereignisse anhand von Indizien zu rekonstruieren. So konnte Professor Dr. Bernd Lehmann, Institut für Mineralogie und Mineralische Rohstoffe, mit seiner Arbeitsgruppe anhand von winzigen, nur mikrometergroßen Schmelzeinschlüssen in Quarzkristallen, den Entstehungsprozeß der Kupfer-Gold- und Silberlagerstätten in den zentralen Anden im Detail nachvollziehen. Was in 100 Kilometern Tiefe und vor Jahrmillionen geschah, "erzählt" der Schmelztropfen unter der Protonensonde.

Von der Naturgeschichte zum Umweltschutz dank neuer Werkstoffe: Stabilisiertes Zirkoniumoxid findet u.a. in der Festkörperbrennstoffzelle und als Sauerstoffsensor Verwendung. Dotiertes Strontiumtitanat kann als schneller Sauerstoffsensor eingesetzt werden. In der Festkörperbrennstoffzelle werden molekularer Wasserstoff oder Kohlenmonoxid oxidiert. Dabei entsteht direkt elektrischer Strom. Der Wirkungsgrad (50 - 70%) ist wesentlich höher als in einem thermischen Kraftwerk. Martin Kilo, Dipl.-Ing. Julia Helmbold und Professor Dr.-Ing. Günter Borchardt vom Institut für Metallurgie erforschen u.a. wie dünn die Elektrolytschicht in einer solchen Festkörperbrennstoffzelle ausgelegt werden kann. Je dünner die Schicht, desto geringer sind die Ohmschen Verluste. Deshalb versuchen sie, die Schicktdicken unter zehn Mikrometer (zehn tausendstel Millimeter!) zu senken. Besonders schwierig ist es dann aber, diese Schichten auch bei längerem Betrieb gasdicht zu halten.

Glas, einer der ältesten Werkstoffe der Menschheit, verknüpft Transparenz mit hoher chemischer Stabilität und Härte und ist daher ein Hochleistungswerkstoff in vielen Lebensbereichen. Im Institut für Nichtmetallische Werkstoffe ist in der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Günther H. Frischat mit einer selbst entwickelten Tauchbeschichtungsanlage gelungen, Schichten von einer Dicke eines Milliardstel Zentimeters auf Glas aufzubringen, die entweder extrem kratzfest, elektrisch leitfähig, oder antireflektierend sind. Dr. Gerhard Heide und Professor Dr. Günther H. Frischat berichten, wie einem "uralten" Werkstoff durch "Hinzufügen" einer neuen Eigenschaft möglicherweise ganz neue Einsatzgebiete erschlossen werden können.

Ein Verfahren der TU Clausthal hilft möglicherweise bald Krankenhäusern: Die Eliminierung von Röntgenkonstrastmitteln aus Krankenhausabwässern gelang Dr.-Ing. Martin Sprehe, Dr.-Ing. Sven-Uwe Geißen und Professor Dr.-Ing. Alfons Vogelpohl vom Institut für Thermische Verfahrenstechnik.

In ähnlicher Weise wie ein Mensch erwirbt das im Institut für Elektrische Informationstechnik (Professor Dr.-Ing. Eike Mühlenfeld und Mitarbeiter) entstandene Trainierbare Expertensystem TXPS sein Wissen über verschiedene Fälle oder Situationen, indem es die Folge der Handlungen und Wahrnehmungen eines Experten bei deren Arbeit erfaßt und als Erfahrungen in seiner Wissensbasis speichert. Wenn danach ein zunächst unbekannter Fall vorliegt, erkennt das TXPS in seiner Wissensbasis Fälle mit ähnlichen Erfahrungen und handelt daraufhin so ähnlich, wie der Experte das in diesen Fällen getan hat. Dabei generalisiert das TXPS seine Erfahrungen und wendet sie auch auf Fakten an, die im Kontext semantisch ähnlicher Fälle erlernt worden sind. Leitet die Automatisierung damit das Ende der Arbeit ein? Womöglich nicht - der Kopf wird frei für neue schöpferische Leistungen.

Für den Themenschwerpunkt Leichtbau und Lebensdauer bietet die Simulation der Bauteilbeanspruchung mit Hilfe der Fi-ni-te-Element-Methode (FEM) und eine anschließende Lebensdauerberechnung die Möglichkeit, eine Struktur zu optimieren, ohne daß reale Prototypen gefertigt und geprüft werden müssen. Dadurch kann die Entwicklungszeit erheblich verringert werden. Steht ein erprobtes Berechnungskonzept für die Lebensdauer zur Verfügung, kann die Optimierung der Struktur virtuell erfolgen. Unsicherheiten der Lebensdauervorhersage aufgrund von Fertigungseinflüssen oder Materialeigenschaften können am Ende des Entwicklungsprozesses durch die Prüfung einer serienna-hen Struk-tur abgedeckt werden. Die am Institut für Maschinelle Anlagentechnik und Betriebsfestigkeit (Professor Dr.-Ing. Harald Zenner) durchgeführten Arbeiten beschäftigen sich schwerpunktmäßig mit der Schwingfestigkeit von Strukturen aus umgeformtem Feinblech.

Die Universalität der Einsetzbarkeit Mathematik zur Lösung praktischer Fragen illustriert der Einblick in die Arbeit von Dr. Michael Breitner: Banken, Sparkassen und institutionelle Anleger, z. B. Versicherungen und Fondsgesellschaften, haben makroskopisch genau die selben Probleme wie der Hausbauer oder der private Geldanleger. Die Bewertung und Steuerung von Zinsänderungsrisiken ist ein zentraler strategischer Bereich, dem aufgrund großer Ertragseffekte höchste Aufmerksamkeit geschenkt wird. Bei der Vorhersage der mittlefristigen Kapitalmarktzinsen kann die Mathematik den Bankern helfen. Neuronale Netze machen den Computer "schlau". Er wird mit einer großen Anzahl von Kursen deutscher Pfandbrief-Renditen und internationaler Aktienindizes "gefüttert". Diese Übersicht über viele Kursverläufe ähnelt einem Gedächtnis. Es weiß, wie bei einem gegebenen Ausgangswert das Endergebnis der Kurse war.
Das neuronale Netz sucht nun eine Kombination verschiedener Rechenvorschriften, die bei einem gegebenen Anfangswert der Aktienkurse den weiteren Kursverlauf berechnen. Dabei weichen die mathematischen Modellösungen mehr oder weniger weit von den tatsächlich eingetretenen Kursen ab. Das künstliche neuronale Netz "wählt" nun die jeweils besten Rechenlösungen aus und kombiniert sie neu, bis schließlich die mathematische Lösung mit der tatsächlichen Kursentwicklung (nahezu)übereinstimmt. Anschließend soll die hochkomplexe Mathematik so in einem einfachen Excel-Programm "versteckt" werden, daß das Programm mit einer einfacher Tabellenkalkulation zu steuern ist. Und damit die Wünsche des Kooperationspartners, der Kreissparkasse Clausthal-Zellerfeld, nach einer einfachen Bedienbarkeit erfüllt.

Professor Dr.-Ing. Hans Peter Beck und Dipl. Geophys. Mathias Liebing zur Zielsetzung der Publikation: "Was heute gedacht wird, kann morgen Wirklichkeit sein. So mögen die Clausthaler Brücken in die Zukunft zeigen, es ist wert, daß sie gebaut werden."


Brücken in die Zukunft
Forschung an der TU Clausthal
Hrsg. Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Beck, Dipl. Geophys. Mathias Liebing
Clausthal-Zellerfeld 2000
29.80 DM
ISBN 3-00-006239-4
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