An der TH OWL optimieren Forschende die digitale Lehre

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Lemgo, den 05. April 2022. Plötzlich steht er da, mitten im Wohnzimmer, ein lebensgroßer Tiger, dreidimensional und in Farbe. Eintauchen in virtuelle Welten oder das Erkunden ferner Orte: Solche Szenarien werden häufig lediglich mit Videospielen in Verbindung gebracht. Dabei sind „Virtual Reality“ und „Augmented Reality“, also das Streifen durch virtuelle Umgebungen und das Einblenden virtueller Objekte in die reale Umgebung, längst mehr als nur eine Spielerei. „Ich bin überzeugt, dass diese Form der Digitalisierung auch in der Hochschullehre stark zunehmen wird“, sagt Professor Dr. Martin Oldenburg vom Fachbereich Umweltingenieurwesen und Angewandte Informatik der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe. Im Rahmen des internationalen Projektes „Digitalisation of Water Industry by Innovative Graduate Water Education“, kurz DIGIWATER, hat er gemeinsam mit Katharina Pilar von Pilchau vom Fachbereich Umweltingenieurwesen und Angewandte Informatik der TH OWL so eine digitale Anwendung für die Hochschullehre entwickelt. Ergänzt wird dies durch das Projekt CURRICULUM 4.0 „Living Lab Wasser und Umwelt“, in dem die Aufbereitung und Visualisierung von Daten intensiviert wird. Studierenden des Fachbereichs ist es dadurch möglich, die Kläranlage des Projektpartners Stadtentwässerungsbetrieb Paderborn (STEB) vom heimischen Rechner aus zu besichtigen und interaktiv zu erforschen.

Doch was sind Augmented und Virtual Reality? Bei Augmented Reality (dt. Erweiterte Realität) wird die analoge Umgebung durch digitale Einblendungen erweitert. Professor Oldenburg: „Ich weiß, dass die Betreiber von Anlagen wie Kläranlagen die Mitarbeitenden mit Datenbrillen ausstatten. Die kriegen dann bei Wartungen direkt Schaltpläne von Anlagenteilen eingeblendet.“ Im Gegensatz dazu findet die Virtual Reality (dt. Virtuelle Realität) vollständig in einer digitalen Welt statt. „So kann ich vom Büro fremde Orte erkunden. Die sind dann digital, aber können echten Orten nachempfunden sein“, ergänzt Katharina Pilar von Pilchau.

360° Klärwerk interaktiv

Oldenburgs und Pilar von Pilchaus Anwendung kombiniert die Vorteile sowohl von Virtual als auch Augmented Reality. Mithilfe einer speziellen Kamera haben sie 360°-Ansichten der Kläranlage in Paderborn aufgenommen. „Wir haben aus diesen Ansichten einzelne thematische Touren zusammengestellt, die mit Annotationen versehen sind“, erklärt Katharina Pilar von Pilchau. Unter einer Tour verstehen sie, dass die Studierenden beispielsweise ein Areal oder Bauteil genauer unter die Lupe nehmen können. „Hier sind Annotationen in Form von zum Beispiel Videos eingebaut oder Grafiken mit allgemeinen Informationen über die Bauteile. Wir haben auch Dashboards eingebaut, um die Daten von dieser Kläranlage zu visualisieren und somit besser in die Lehre einbinden zu können“, fügt sie an.

Die Ergänzung der reinen Ansehenssoftware durch Daten, Videos und Grafiken macht die Anwendung laut Professor Oldenburg so attraktiv für die Lehre und Forschung an Hochschulen. Dieses sogenannte Virtual Lab ermöglicht eine Anbindung an die Daten der Kläranlage, also zum Beispiel an Energiedaten, Wetterdaten und Wassermengendaten. „In den Vorlesungen fehlt den Studierenden manchmal die praktische Anschauung. Also wie sieht das aus, was ich in der Übung dimensioniere. Sie können das im Rundgang selbst erleben, und das vom Rechner aus“, so Oldenburg. „Das wollen wir auch mit Lehrinhalten bestücken, in die Lehre aktiv einbinden und daraus Prüfungen und Übungsaufgaben generieren.“ Mit der Erweiterung durch das Projekt „Living Lab Wasser und Umwelt“ werden die Inhalte auch anderen Kolleginnen und Kollegen zur Einbindung und Weiterentwicklung in deren Lehrveranstaltungen zur Verfügung gestellt.

Im kommenden Semester wollen dann Professor Martin Oldenburg und Katharina Pilar von Pilchau Studierende in die Fertigstellung der Anwendung einbinden. „Die Anwendung ist schon weit, aber es gibt noch einige Bereiche auf der Kläranlage, für die noch keine Inhalte aufbereitet wurden. Die Studierenden sollen sich Konzeptionen überlegen und diese umsetzen“, erklärt Pilar von Pilchau.

Digital und nachhaltig in die Zukunft der Hochschullehre

Die Covid-19-Pandemie hat digitale Entwicklungen in vielen Bereichen beschleunigt, auch in der Hochschullehre. Augmented und Virtual Reality Anwendungen stellen in Phasen der Online-Lehre anschauliche und interaktive Lehrmöglichkeiten dar, die den Studierenden viele Vorteile bieten. Professor Oldenburg: „Wir haben in der Online-Lehre gemerkt, dass Studierende digitale Angebote gerne wahrnehmen, weil sie dadurch zeitunabhängiger werden. Sie müssen nicht von acht bis zehn in der Vorlesung sitzen, sondern können sich den Stoff auch mal nachts ansehen, wenn sie das wollen und können sich diesen auch mehrfach ansehen.“

Werden Augmented Reality und Virtual Reality also künftig Ausflüge und Exkursionen überflüssig machen? „Sowas kann eine Exkursion ersetzen, insbesondere zu Zielen, die sehr weit entfernt oder gar nicht physisch begehbar sind“, so Oldenburg. Das ist auch unter Gesichtspunkten der Nachhaltigkeit und Sicherheit wünschenswert. In der Praxis zeigt sich aber auch, dass virtuelle Touren genau dann besonders gewinnbringend sind, wenn sie Exkursionen digital ergänzen. So konnten Oldenburgs und Pilar von Pilchaus Studierenden die virtuelle Tour durch die Kläranlage nutzen, um sich auf die tatsächliche Exkursion vorzubereiten. Das Ergebnis? „Ich habe den Eindruck, dass da eine enorme Wissensverdichtung stattgefunden hat“, betont Martin Oldenburg. „Die Studierenden konnten sich zum Teil sehr gut orientieren. Die Führung durch die Anlage hat vier Stunden gedauert, weil die Studierenden sich da sehr detailliert und intensiv mit den Details der Kläranlage auseinandergesetzt haben.“

DIGIWATER – Digitalisierung für die Wasserwirtschaft

Oldenburgs und Pilar von Pilchaus Arbeit geht aus dem Projekt DIGIWATER hervor. Bei DIGIWATER arbeiten sechs Universitäten und Hochschulen, darunter die TH OWL, mit sechs kleinen und mittleren Unternehmen, einer international agierenden Nichtregierungsorganisation (NGO) sowie dem Stadtentwässerungsbetrieb Paderborn (STEB) zusammen. Die Projektpartner stammen aus den Ländern Norwegen, Deutschland, Belgien, Türkei, Zypern und Rumänien.

Die Digitalisierung spielt schon jetzt eine entscheidende Rolle in der Wasserwirtschaft. Jedoch fehlen vielen Fachkräften im Wassersektor immer noch spezifische Kenntnisse im Bereich digitaler Technologien, wodurch viele Chancen und Potentiale digitaler Technologien im Verborgenen bleiben. Auf Seiten der Technologieunternehmen hingegen gibt es ein Wissensdefizit in Bezug auf komplexe Systeme und die zukünftigen Herausforderungen in der Wasserwirtschaft.

Das internationale Team möchte mit DIGIWATER langfristig digitale Innovationen im Wassersektor fördern. Um eine Grundlage für nachhaltige Innovation zu schaffen, haben die Forschenden das Ziel, neue, innovative und multidisziplinäre Lehr- und Lernansätze zu entwickeln. Dabei stehen digitale Lernwerkzeuge und virtuelle Einrichtungen im Vordergrund. Mit der Entwicklung von Kursinhalten soll der Wissensfluss gefördert werden.

Das Projekt wird gefördert durch das Erasmus+ Programm der Europäischen Union und durch Mittel des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen des Programms Curriculum 4.0.

Originalmeldung:
https://www.th-owl.de/news/artikel/detail/th-owl-bringt-die-digitalisierung-der-lehre-voran/

Ansprechpartner:
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Dezernat Kommunikation und Marketing
Gregor Löwen
+49 (0)5261 7025540
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Lemgo, 23. Februar 2022. Mit einer neuen Kraftstoffverbrauchseinrichtung können Studierende und Forschende der TH OWL den Verbrauch von Kraftstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen und e-Fuel hochgenau messen. Ein wichtiger Schritt in der Erforschung und Entwicklung CO2-neutralen Individualverkehrs.

Origialmeldung:
https://www.th-owl.de/news/artikel/detail/neue-messanlage-im-labor-fuer-kolbenmaschinen-an-der-th-owl/#:~:text=23.02.2022-,Neue%20Messanlage%20im%20Labor%20f%C3%BCr%20Kolbenmaschinen%20an%20der%20TH%20OWL,und%20e%2DFuel%20hochgenau%20messen.

Bielefeld, 14. Juli 2021. Der neue Mobilfunkstandard 5G bietet viele Möglichkeiten, große Datenmengen schnell zu analysieren und Prozesse zu optimieren. Neue Anwendungsfelder von 5G in der beruflichen Bildung, der Mobilität und der Automatisierung erschließen drei neue Projekte in OWL, die in der Ausschreibung 5G.NRW des Landes Nordrhein-Westfalen zur Förderung empfohlen wurden. Projektpartner sind die OstWestfalenLippe GmbH, das Fraunhofer IEM und das Fraunhofer IOSB-INA, die Universität Paderborn und die Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe (TH OWL), die Kreise Gütersloh und Paderborn sowie 15 Unternehmen. Die drei Projekte, deren Start für Mai 2022 vorgesehen ist, werden mit bis zu 6,8 Mio. Euro durch das Land NRW gefördert.

„5G ist ein wichtiger Schlüssel, um Prozesse zu optimieren und neue Anwendungen zu realisieren – von der Industrie über die berufliche Bildung bis zu Mobilität und Gesundheit. Die Potenziale und Grenzen von 5G für diese Bereiche müssen Unternehmen, Forschungsinstitute und öffentliche Einrichtungen gemeinsam erschließen. Mit den drei Projekten leisten wir wichtige Pionierarbeit für die Zukunftsfähigkeit von OstWestfalenLippe. Durch eine enge Zusammenarbeit können wir viele Synergien erzielen“, erläutert Wolfgang Marquardt, Prokurist bei der OstWestfalenLippe GmbH. „Dass sich drei Projekte aus OWL in der Ausschreibung des Landes durchsetzen konnten, ist ein großer Erfolg. Und zeigt, dass wir in Wissenschaft und Wirtschaft Vorreiter für den neuen Mobilfunkstandard sind“, so Marquardt weiter. Insgesamt hat das Land 24 Projekte zur Förderung empfohlen, die mit bis zu 37 Millionen Euro gefördert werden sollen.

5G Lernorte für die berufliche Bildung

Die OstWestfalenLippe GmbH hat gemeinsam mit der Universität Paderborn, den Kreisen Gütersloh und Paderborn, dem Fraunhofer IOSB-INA und der Nachwuchsstiftung Maschinenbau das Projekt „5G Lernorte OWL“ entwickelt, das in enger Zusammenarbeit mit den Unternehmen Beckhoff, Weidmüller, Elha Maschinenbau, Raumtänzer und Wertkreis Gütersloh sowie der pro Wirtschaft GT umgesetzt werden soll. Ziel ist es, die Vorzüge und Grenzen der 5G-Technologie für die berufliche Bildung zu erforschen. Aus der Perspektive von 5G- und Bildungsforschung werden berufs-, orts- und organisationsübergreifende Lernszenarien für die Produktion der Zukunft entwickelt. Dabei liegt der Fokus auf vorausschauender Wartung sowie Qualitätskontrolle und Fernwartung. Die Szenarien werden in vier Berufskollegs in den Kreisen Gütersloh und Paderborn erprobt – sowohl mit gewerblich-technischen als auch kaufmännischen Auszubildenden. Darüber hinaus werden externe Lernorte in Berufskollegs mit der Smart Factory OWL und Unternehmen als externe Lernorte vernetzt. Schulisches und betriebliches Personal in der Aus- und Weiterbildung, Fachkräfte in KMU, An- und Ungelernte sowie Multiplikatoren werden qualifiziert und zu Treibern von 5G in ihren Organisationen gemacht. Das Projekt wird mit bis zu 1,6 Mio. Euro gefördert. „Wir verfolgen in diesem Projekt einen interdisziplinären und organisationsübergreifenden Forschungsansatz, bei dem wir Technologiewissen mit den Kompetenzen der Bildungsforschung verknüpfen“, beschreibt Dr. Stefan Sauer, Geschäftsführer des Software Innovation Lab der Universität im SICP – Software Innovation Campus Paderborn den grundsätzlichen Anspruch des Vorhabens. „Die einfache Formel lautet: Lernen mit 5G und Lernen für 5G. Die Beherrschung moderner Technologien ist für den Bereich der beruflichen Bildung entscheidend. Deshalb müssen sowohl die Lernenden als auch die Lehrenden auf aktuelle Entwicklungen und die berufliche Zukunft bestmöglich vorbereitet werden. Daher ist es wichtig, Themen wie die 5G-Technologie und deren Nutzung in betrieblichen Kontexten frühzeitig in den Unterricht an Berufskollegs einzubinden und in Lernsituationen zu verankern. Hier leistet die Universität Paderborn mit den beteiligten Lehrstühlen und Forschungsbereichen einen wertvollen Beitrag, um die Berufsbildung bei aktuellen Herausforderungen zu unterstützen, Lehrer*innen fortzubilden, mit ihnen gemeinsam innovative Lernsituationen zu entwickeln und dies mit zukunftsweisender Forschung zu verbinden”, erklärt Prof. Dr. Marc Beutner von der Universität Paderborn.

Neue Wege für die Mobilität von Morgen

Im Projekt „5G Simone“ („sicher.mobil.vernetzt mit 5G“) erforschen Fraunhofer IOSB-INA, die Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe, DB Systemtechnik GmbH, T-Systems International GmbH und biqx GmbH 5G für anspruchsvolle “closed-loop Control”-Anwendungen. Hintergrund ist der Aufbau und die Erprobung einer innovativen Mobilitätslösung, die in einem weiteren Projekt stattfindet: Das „MonoCab“ ist ein selbstfahrendes Einschienen-Shuttle, welches eine Kreiselstabilisierung mit entsprechender Regelungstechnik benötigt. Die Regelung arbeitet vor dem Hintergrund der Anforderungen zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeiten und hohem Fahrkomfort mit Echtzeitinformationen aus der Umgebung und anderer Fahrzeuge. Heutige drahtlose Vernetzungslösungen können diese Anforderungen an Latenzzeit und Zuverlässigkeit nicht ausreichend erfüllen. Dabei wird auch untersucht, wie durch eine Ergänzung der öffentlichen 5G-Netze mit privaten 5G-Zellen die Anforderungen lückenlos erfüllt werden können. Die 5G-Netzwerke sollen gleichzeitig auch für Infotainment-Anwendungen und zur Nutzerinteraktion (Multi-Service) genutzt werden. Die Erkenntnisse dieses Projektes sollen für andere closed-loop-control Anwendungen verwendet werden können. „Hierdurch erwarten wir Forschungsergebnisse mit Mehrfachnutzen, auch in anderen Branchen“, sagt Sebastian Schriegel, Gruppenleiter für Industrielle Kommunikation am Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo. „Außerdem bietet die Verbindung der Projekte „MonoCab“ und „5G Simone“ für uns die Möglichkeit, unsere Kompetenzen effizient zu bündeln.“ Das Projekt soll mit bis zu 2,6 Mio. Euro vom Land NRW gefördert werden.

5G für die Automatisierung

Das Projekt „5G4Automation“ bereitet die Entwicklung von 5G-Produkten und -Services für die Industrie 4.0 vor. Projektpartner sind das Fraunhofer IEM, das Fraunhofer IOSB-INA, Weidmüller, Wago, OWITA, SIL, Wireless Consulting, Venjakob und Westfalen-Weser-Netz. Die smarte Vernetzung von Maschinen und maschinell betriebenen Abläufen in der Industrie 4.0 ist zu einem entscheidenden Wettbewerbsfaktor geworden. Eine Grundvoraussetzung für die vernetzte Fabrik ist die zuverlässige drahtlose Übertragung von (Sensor-) Daten auf Basis des Mobilfunkstandards 5G. „Doch gerade kleinen und mittleren Unternehmen mangelt es oft an Ressourcen und Expertise, um 5G-Anwendungen und Produkte zu entwickeln. Hier setzt das Projekt 5G4Automation an“, erläutert Dr. Christoph Jürgenhake, Projektleiter und Gruppenleiter Integrierte Mechatronische Systeme am Fraunhofer IEM in Paderborn. Ziel ist es, Methoden und Lösungsbausteine zu entwickeln, die es auch kleineren und mittleren Unternehmen ermöglichen systematisch 5G-Technologie einzusetzen. Die bereits bestehenden 5G Forschungsinfrastrukturen an den Standorten Lemgo und Paderborn können dafür die jeweils neuesten 5G-Releases nutzen und ermöglichen so die Umsetzung konkreter Anwendungen mit neuesten Technologien. „Das Vorhaben ist die Initialzündung für eine strategische 5G-Initiative in der Region, die in den nächsten Jahren um weitere FuE-Projekte, Testzentren und Reallabore ergänzt wird,“ macht Sebastian Schriegel vom Fraunhofer IOSB-INA deutlich. Das Verbundprojekt 5G4Automation soll vom Land NRW mit bis zu 2,5 Millionen Euro gefördert werden.

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TH OWL testet intelligenten, nachhaltigen und sicheren Hochwasserschutz.

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Bielefeld, 28. Mai 2021. Für den Laien sieht es nach überdimensionalen Sandsäcken in Schlauchform aus, die übereinandergestapelt sind. Tatsächlich steckt hinter den 20 übereinanderliegenden und jeweils 20 Meter langen Schläuchen aber eine ausgeklügelte Technik. Gegenüber der konventionellen Bauweise hat der neuartige Deich gleich mehrere Vorteile: Er muss nicht so breit sein, spart Fläche und Material. Außerdem erlaubt die Bauweise steilere Böschungsneigungen und ist überströmungssicher, der Damm kann also nicht brechen.

Minimaler Aufwand

Weiterer Vorteil: Das Material für die Deiche muss nicht aufwändig transportiert werden. Das Forschungsteam nutzt den Boden, der da ist, bereitet ihn mit Kalk auf, um ihn verarbeiten zu können und umwickelt ihn – wie mit einem Verband – dreilagig mit Filtervliesstoffen aus Polypropylen, einem Material aus dem Wasserbau. „Dadurch, dass wir den Boden einpacken, können wir quasi jeden Boden nehmen und sind nicht wie im konventionellen Deichbau darauf angewiesen, einen Boden mit besonderen Eigenschaften zu nehmen, den man teuer anliefern lassen muss“, erklärt Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Carsten Schlötzer vom Fachbereich Bauingenieurwesen der TH OWL.

Das Verpacken selbst ist eine bewährte Methode, neu ist die Art und Weise, wie der Boden in den Schlauch kommt. Dafür hat die Firma topocare eine eigene Maschine entwickelt: „Unser topomover löst technisch die Aufgabe, den Boden in den Schlauch zu bringen, indem er die Schläuche erst vor Ort automatisiert herstellt und direkt verlegt“, erklärt Geschäftsführer Dr.-Ing. Simon Jegelka. Das Material für die Füllung wird durch einen Trichter in den Schlauch eingebracht, ein Drehkranz wickelt den Schlauch immer weiter. So kann die Maschine theoretisch im Endlosbetrieb gefüllte Schläuche produzieren und ablegen – pro Stunde schafft sie bis zu 100 Meter. „Diesen Versuchsdamm hier zu bauen, hat allerdings zwei Tage gedauert, weil man hier für die recht kurzen Schläuche immer vor und zurückfahren und sich richtig positionieren muss“, sagt Simon Jegelka. Die Zeit ist ein entscheidender Faktor, denn bei Hochwasser kommt es auf jede Stunde an.

Mit der Zeit gehend

In dem Damm stecken verschiedene Sensoren. Sie messen Feuchtigkeit, Wasserstand, Druck, Verformung, Setzung und Neigung der Schläuche. Mit Hilfe der Daten kann das Team einen digitalen Zwilling des Deichs erzeugen und so am Computer sehen, was im Deich passiert. Geplant ist, dieses Modell mit einer Simulation zu verknüpfen, mit der man verschiedene Szenarien digital durchspielen kann. Bisher begutachten Deichläufer die Deiche – allerdings nur von außen. Mit dem innovativen System aus NRW könnten die smarten Bauwerke selbst einen Alarm auslösen, wenn etwas nicht stimmt oder eine Wartung notwendig wird. „Wir wollen nicht nur prüfen, wie man so einen Damm bauen kann, sondern auch, welche Parameter wichtig sind, wenn der Damm gebaut ist. Wenn man nur an den notwendigen Stellen Sensoren einsetzt, halten wir den Unterhaltungsaufwand für die Betreiber eines solchen Bauwerks gering“, so Projektleiter Professor Schlötzer von der TH OWL.

Aus einem alten Container hat das Team der TH OWL in seiner Versuchshalle am Kreativ Campus in Detmold einen Hochwassersimulator gebaut. Er steht vor dem Deich, eine alte Feuerwehrpumpe flutet ihn mit Wasser aus dem See des Kieswerks und dann strömt das Wasser über den Deich. Er hält, wie geplant.

Auch Studierende sind an dem Projekt beteiligt, mehrere Bachelorarbeiten zu einzelnen Themenbereichen wie zum Beispiel der Sensorik des Deichs sind entstanden. Stefan Langer hat am Fachbereich Bauingenieurwesen der TH OWL seinen Bachelor- und Masterabschluss gemacht und sich im Rahmen seiner Masterarbeit mit den gefüllten Textilschläuchen beschäftigt. Jetzt ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter im Forschungsprojekt „InnKubaTubes“. „Das Beste ist, zu sehen, wie man das, was man im Studium für die Klausuren gelernt hat, jetzt auch praktisch anwenden und gebrauchen kann“, sagt der Bauingenieur. „Außerdem hat diese Bauweise einen großen Nutzen: Sie ist standsicherer und vielseitig anwendbar.“

Die Zusammenarbeit

Die TH OWL bringt in dem Projekt ihre Expertise in der Geotechnik ein, die RWTH Aachen die Expertise im Wasserbau und die Firma topocare im Maschinenbau. Im Laufe des Projektes haben die Verantwortlichen schon zwei Dämme gebaut und die Verlegetechnik optimiert. Das Fazit von Projektleiter Professor Schlötzer nach gut zwei Drittel der Laufzeit: „Ich glaube, dass wir mit unseren ganzen Vorarbeiten und dem Projektergebnis nachweisen können, dass wir eine ressourcenschonende, nachhaltige und sichere Alternative zum konventionellen Dammsystem entwickelt haben.“

Jetzt soll ein technisches Regelwerk erstellt werden, um diese Technik zu etablieren. Denn das Team hat schon ein konkretes Projekt vor Augen: Zusammen mit dem Werre-Wasserverband will es oberhalb von Bünde an der Else mit seinem innovativen Dammbauverfahren ein Hochwasserrückhaltebecken bauen: „Um im Falle eines Hochwassers eine Welle zu kappen, sollen darin direkt neben dem Fluss 330.000 Kubikmeter Wasser eingelagert und dann nach und nach wieder abgegeben werden können, wenn der Pegel des Flusses wieder fällt“, sagt Professor Schlötzer. Er kann sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten für die Erdschläuche vorstellen: „Wir sind nicht nur auf Hochwasserschutz fokussiert, die Technik könnte beispielsweise auch für den Lärmschutz genutzt werden.“

Das Projekt „InnKubaTubes“ wird in den Jahren 2019 bis 2022 mit insgesamt rund 1,5 Millionen Euro aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Im Video erklärt: Forschungsprojekt „InnKubaTubes“

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Nebenwirkungen erheblich senken.

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Lemgo. Medikamente können Menschen das Leben retten, aber sie können auch großen Schaden anrichten, wenn sie falsch verabreicht werden. Mediziner setzen deshalb große Hoffnungen in die individualisierte Medikation. An der TH OWL untersuchen Wissenschaftler, wie man Medikamente auf Merkmale wie Alter und genetische Struktur zuschneiden und kostengünstig herstellen kann.

Zu beachtende Faktoren

Kinder benötigen andere Medikamente als Erwachsene, Frauen andere Medikamente als Männer. Eine Behandlung, die individuell auf die Patienten zugeschnitten ist, berücksichtigt beispielsweise Alter, Geschlecht und Stoffwechsel des Betroffenen bei der Dosis des Arzneistoffs. Die dazu notwendigen medizinischen Daten werden mit Hilfe von Informationstechnologien zusammengeführt. “Individualisierte Medikamente sind zum Beispiel in der Tumortherapie von Bedeutung. Einige Krebsmedikamente erzielen nur dann die erwünschte Wirkung, wenn ein bestimmtes Zellmerkmal vorhanden ist”, erklärt Gerd Kutz. Er ist Professor für Medizin- und Gesundheitstechnologie und Sprecher des Forschungsschwerpunktes Applied Health Sience an der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe. Kutz und seine Kollegen beschäftigen sich mit der Frage, wie solche personalisierten Medikamente kostengünstig hergestellt werden können.

Die Möglichkeiten

Eine Möglichkeit ist der 3D-Druck. Ein mit diesem Verfahren hergestelltes Arzneimittel wurde erstmals im Jahr 2015 in den USA zugelassen. Ein 3D-Drucker kann prinzipiell in jedem Krankenhaus oder in der Apotheke stehen. Der 3D-Drucker kann dann jedem Patienten “seine” Tablette drucken. “Für den Patienten kann die richtige Dosis seines Medikaments im Ernstfall über Wohl und Wehe entscheiden”, sagt Volker Lohweg, ebenfalls Professor des Studiengangs Medizin- und Gesundheitstechnologie und Leiter des Instituts für industrielle Informationstechnik (inIT) an der TH OWL.

“Deshalb ist es wichtig, dass mittels Authentifikation sichergestellt wird, dass die richtigen Medikamente zu den richtigen Patienten kommen. Dazu ist Digitalisierung wichtig.” Das Drucken von Wirkstofflösungen auf Esspapier ist eine weitere Möglichkeit Arzneimittel herzustellen, die auf den Patienten zugeschnitten sind. Die Informationen zum Patienten und die Art seiner Erkrankung werden dabei als eine Art Barcode mit dem Medikament auf das Esspapier gedruckt. Das erhöht die Sicherheit für den Patienten, weil es Manipulationen erschwert. Die hat es beispielsweise bei teuren Medikamenten in der Vergangenheit wiederholt gegeben.

Laut dem Verband forschender Arzneimittelhersteller werden aktuell bereits über 60 Medikamente in Deutschland personalisiert verabreicht. Weitere Medikamente stehen vor der Zulassung oder der Markteinführung, vor allem in der Behandlung von Krebs und Viruserkrankungen.

Medizin- und Gesundheitstechnologie an der TH OWL

Den Studiengang Medizin- und Gesundheitstechnologie gibt es seit zwei Jahren an der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe. “In diesem Studiengang bekommen Studierende das Rüstzeug, um die Technik für die Medizin der Zukunft zu gestalten”, sagt Professor Volker Lohweg. Zu den Schwerpunkten des Studiums gehören Pharmatechnik, Authentifikation, Bildverarbeitung, Mikrobiologie und Biomedizintechnik. Unternehmen aus der Gesundheitsbranche haben bundesweit hohen Bedarf an Ingenieurinnen und Ingenieuren mit diesem Spezialwissen.

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TH OWL und Fraunhofer IOSB-INA wollen Alternative zum WLAN entwickeln.

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Lemgo, 26. März 2021. Internet aus der Deckenlampe – was 2017 mit einem Projektentwurf begann, ist inzwischen Realität. Datenübertragung mit sichtbarem Licht, die sogenannte Visible Light Communication (VLC). Der entscheidende Vorteil gegenüber Funktechnologien wie WLAN oder Bluetooth ist die Größe. Das verwendete sichtbare optische Spektrum ist rund 4800-mal größer, als das zur Verfügung stehende Funkspektrum, es bietet also genug Raum für große Datenmengen. Auch die Datensicherheit spielt eine Rolle. Ein Funksignal, beispielsweise WLAN, strahlt durch Wände und ist damit abhör- und manipulierbar. Mit Licht ist das nicht möglich.

Art der Übertragung

Im Prinzip funktioniert die neue Technologie ganz ähnlich wie Fernseher und die Infrarot-Fernbedienung. Die Fernbedienung sendet Lichtsignale auf den Sensor am Fernseher und ermöglicht es so, umzuschalten oder die Lautstärke zu verändern. Die Wissenschaftler von Fraunhofer IOSB-INA und dem Forschungsgebiet für Optical Engineering der TH OWL haben die Technologie so weiterentwickelt, dass man mit ihr große Datenmengen störungsfrei übertragen kann. Eine Sendeeinheit sendet das Lichtsignal, das in der Empfangseinheit von einer Fotodiode aufgefangen wird. Die Fotodiode übersetzt das Lichtsignal in Nullen und Einsen, die Sprache des Computers.

Das Übertragen von großen Datenmengen ist vor allem in der Industrie relevant. Roboter, fahrerlose Transportsysteme, Förderbänder oder Drohnen sind auf kabellose Datenübertragung angewiesen. Mit der Visible Light Communication (VLC) könnten die Daten zum Beispiel über die Deckenbeleuchtung an die Produktionssysteme in der Fabrikhalle übertragen werden.

Die Herausforderung

Mögliche Störquellen, wie Staub oder das störende Licht beispielsweise einer Schweißmaschine, könnten die Kommunikation in der Industrieumgebung behindern. „Deshalb haben wir untersucht, in welcher Form Störungen auftreten können und bewusst optische Spektren gesucht, welche von solchen optischen Störquellen nicht überlagert werden“, sagt Projektleiter Professor Dr. Ing. Oliver Stübbe vom Forschungsgebiet Optical Engineering am Fachbereich Elektrotechnik und Technische Informatik der TH OWL. Die Wissenschaftler haben verschiedene Leuchtmittel in Bezug auf ihr Spektrum, ihre räumliche Verteilung und ihre Modulierbarkeit hin untersucht. Als Testumgebung haben die Wissenschaftler am Computer eine 3D-Produktionsumgebung simuliert und dort die Störanfälligkeit und Übertragungsleistung unterschiedlicher Leuchtmittel analysiert.

Die Wissenschaftler von Fraunhofer IOSB-INA und der TH OWL arbeiten in diesem Projekt mit zehn Unternehmen zusammen, die die neue Technologie auf ihre Anwendbarkeit testen, darunter Bosch Rexroth oder Weidmüller. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

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TH OWL macht das Stromnetz fit für die Energiewende.

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Lemgo, 18. Januar 2021. Das Stromnetz in Deutschland wurde nicht für die Energiewende gemacht. Während früher Strom hauptsächlich von Großkraftwerken erzeugt wurde, wird nun immer mehr elektrische Energie dezentral erzeugt und ins Netz eingespeist. Gleichzeitig schwankt die Menge an Solar- und Windstrom je nach Wetterlage stark. Das Projekt TwinERGY baut einen digitalen Zwilling des lokalen Stromnetzes, um so bessere Voraussagen für die Stromversorgung in lokalen Quartieren treffen zu können, damit den Betrieb zu optimieren und den Anteil an erneuerbaren Energien zu erhöhen. Das Projekt startet im November 2020 und wird mit 500.000 Euro vom EU-Forschungsprogramm Horizon2020 gefördert.

Anforderung an Stromnetze

Vor knapp einem Jahr hat die große Koalition ihre Klimaziele für das Jahr 2030 vorgelegt. Der Ökostromanteil soll bis 2030 auf 65 Prozent steigen. Die Herausforderung: Ein hoher Anteil von Solar- und Windstrom erhöht die Anforderungen an die Netze. Das Projekt TwinERGY will deshalb dafür sorgen, dass das Stromnetz effizienter betrieben wird. Ziel ist es, dass Bürgerinnen und Bürger den Strom von Windkraft- und Photovoltaikanlagen vor ihrer Haustür vermehrt lokal nutzen können.

Projekt: TwinERGY

Die Expertinnen und Experten im Team von TwinERGY kommen aus dem  Institut für industrielle Informationstechnik – inIT und dem Future Energy – Institut für Energieforschung (iFE) der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe. „Das Projekt ist ein Leuchtturmprojekt für die intelligente Energieversorgung in Deutschland“, sagt Dr. Lukasz Wisniewski. Er ist Vorstandsmitglied und Forschungsgruppenleiter im inIT und einer der Projektleiter von TwinERGY.

Digitaler Zwilling

Im Rahmen des Projektes werden er und seine Kolleginnen und Kollegen die Kommunikationsinfrastruktur und einen digitalen Zwilling eines lokalen Niederspannungsnetzes entwickeln. Das ist ein ambitioniertes Projekt. Der Digitale Zwilling ist eine Plattform, in die die Forschenden Messwerte, Wetterdaten und Verbrauchsdaten von Haushalten aus einem Pilot-Quartier im Ort Hagedorn der Stadt Steinheim einspeisen. Mit Hilfe von Algorithmen berechnen sie voraus, wann wie viel Energie erzeugt und verbraucht wird.

Planungssicherheit

Mit diesem Wissen können Netzbetreiber und Energiemanager besser planen, wie die Energie optimal verteilt werden sollte. Für Verbraucherinnen und Verbraucher hat es den Vorteil, dass sie vermehrt erneuerbaren Strom nutzen, der beispielsweise auch in elektrischen Speichern lokal gespeichert wird. Intelligente Systeme in den Haushalten sorgen dafür, dass beispielsweise das E-Auto im Carport dann aufgeladen wird, wenn möglichst wenig Emissionen erzeugt werden.

Ziele des Projekts

„Unser Ziel ist es, dass Stromnetz schlau zu machen und für die Energiewende zu rüsten“, sagt Professor Johannes Üpping vom Future Energy – Institut für Energieforschung (iFE). „Wir haben das Ziel, die Wertschöpfung von erneuerbaren Energien in der Region zu halten und gleichzeitig die Kosten der Stromversorgung zu senken.“ Die Haushalte im Stadtteil Hagedorn der Stadt Steinheim, die an dem Projekt teilnehmen, bekommen über ein Dashboard in Echtzeit den Status ihres lokalen Stromnetzes angezeigt. So ist jederzeit sichtbar, wie viel Strom sie erzeugen, speichern und ins Netz einspeisen. So können intelligente Hausgeräte, wie die Wärmepumpe, und auch die Einwohnerinnen und Einwohner selber ihr Verhalten anpassen und beispielsweise ihre Wasch- oder Spülmaschine zum optimalen Zeitpunkt anstellen.

Das Projekt TwinERGY ist Teil von Horizon2020, dem bisher größten Forschungs- und Innovationsprogramm der EU. Beteiligt sind neben der TH OWL noch 17 weitere Partner aus 11 EU-Staaten mit der Koordination durch die Universität in Patras in Griechenland. Das Projekt TwinERGY wird zunächst für drei Jahre gefördert. Eines der Ziele ist es, die Erkenntnisse aus dem Projekt auf andere Regionen in der EU zu übertragen.

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Förderbescheide über 3,6 Mio. Euro für OWL-Zukunftsprojekt überreicht.

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Bielefeld, 9. September 2020. „MonoCabs“ sind kompakt und schmal und sie sollen auf nur einer Schiene unterwegs sein. Der große Vorteil der kleinen Kabinen: auf eingleisigen Bahnstrecken könnten zwei automatisch fahrende „MonoCabs“ in beide Richtungen gleichzeitig rollen und so den Personenverkehr auf der Schiene vor allem im ländlichen Raum stärken. Stabilität gibt den sehr schmalen Fahrzeugen, die auf Zuruf – On-Demand – buchbar sein sollen, ein Kreiselsystem, das das Gleichgewicht während der Fahrt ausbalanciert.

Förderung

Für dieses Zukunftsprojekt in der Region Ostwestfalen-Lippe hat Minister Hendrik Wüst vier Förderbescheide in Höhe von insgesamt 3, 6 Millionen Euro an die Projektpartner überreicht:
Die TH Ostwestfalen-Lippe, die FH Bielefeld, das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Lemgo und die Landeseisenbahn Lippe e.V. haben gemeinsamen zum Ziel, die Machbarkeit des MonoCab-Fahrzeugkonzepts darzustellen und mit ersten Prototypen auf einer Versuchstrecke zu fahren. Zudem wollen sie nachweisen, dass das Projekt wirtschaftlich sein kann.

Minister Hendrik Wüst: “Mobilität verändert sich gerade tiefgreifend. Mit den MonoCabs OWL wollen wir die Mobilität auf der Schiene im ländlichen Raum stärken. Unser Ziel: Brachliegende Infrastruktur wird reaktiviert, um suburbane Regionen besser an die Zentren anzubinden. Hier werden Ideen und Projekte für die Mobilität der Zukunft entwickelt.” Innovative Technologien für die Mobilität der Zukunft sollen in Nordrhein-Westfalen erforscht, entwickelt, produziert und frühzeitig angewandt werden und die Mobilität sauberer, sicherer und besser machen.

Die Projektpartner leisten mit „MonoCab OWL“ dazu einen wichtigen Beitrag. Projektleiter Professor Thomas Schulte: „Die Herausforderung ist es jetzt zu zeigen, dass solche Fahrzeuge sicher, zuverlässig und bezahlbar realisiert werden können.“
MonoCab ist ein Projekt der REGIONALE 2022 „Wir gestalten das neue UrbanLand OstWestfalenLippe“. Ihr Ziel: Die Anbindung der ländlichen Räume an die Ober- und Mittelzentren in Ostwestfalen-Lippe zu verbessern und die Mobilität von Menschen ohne eigenen PKW zu erleichtern.

Lückenschließung

Annette Nothnagel als Leitung der Regionale 2022: „Wir wollen mit der REGIONALE 2022 in OstWestfalenLippe komfortable und bedarfsorientierte Mobilitätsangebote von Tür zu Tür schaffen. Gerade in ländlichen Räumen können die neuartigen MonoCabs als On-Demand-Verkehr auf reaktivierten Bahnstrecken den fehlenden Lückenschluss zum Regional- und Fernverkehr schaffen. Diese innovative Idee des Landeseisenbahn Lippe e. V. soll nun umgesetzt werden – ein großartiger Beitrag zum UrbanLand OstWestfalenLippe.“

Die Projektförderung erfolgt im Rahmen der Umsetzung des operationellen Programms des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) in Nordrhein-Westfalen für den Zeitraum 2014-2020 mit einer Kofinanzierung durch das Ministerium für Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen. Die Förderbescheide hat Minister Wüst auf der Bündnis-Tour in Bielefeld übergeben. Dort informiert er sich über innovative Mobilitätsprojekte aus der Region OWL.

Innovation aus OWL

Judith Pirscher, Regierungspräsidentin in Detmold: „MonoCab ist eine innovative Idee aus Ostwestfalen-Lippe, die einen wichtigen Beitrag zu einer vernetzten, digitalen und bedarfsgesteuerten Mobilität insbesondere in ländlich strukturierten Räumen leisten kann. Beispielgebend ist neben dem technologischen Innovationsgehalt dieses Einschienenfahrzeuges die intensive und enge Zusammenarbeit der vier Projektträger. Das Projekt belegt eindrucksvoll die Innovationskraft OWLs bei der Gestaltung der Mobilität von morgen.“

Thorsten Försterling von der Landeseisenbahn Lippe e.V.: „Die Zukunft der Mobilität im ländlichen Raum ist individuell. Eine Lösung muss gut und einfach sein. Sie muss intuitiv sein und sich selbstverständlich anfühlen.“

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Männliche Küken: Professorin entwickelt Methode um das Geschlecht im Ei zu bestimmen.

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Lemgo, 23. Januar 2020. Jedes Jahr sterben fast 50 Millionen männliche Küken in Deutschland, weil sie das falsche Geschlecht haben. Eine Wissenschaftlerin der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe hat in Kooperation mit der Hochschule Coburg eine schnelle Methode entwickelt, um das Geschlecht der Küken vor dem Schlüpfen zu bestimmen.

Männliche Küken legen keine Eier und setzen weniger Fett an. Deshalb sind sie für die Geflügelwirtschaft unbrauchbar und landen im Schredder. So sterben jedes Jahr knapp 50 Millionen männliche Küken. Forscher sind deshalb schon lange auf der Suche nach einer Methode, um das Geschlecht der Küken schon im Ei zu bestimmen. Einem Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Instituts für industrielle Informationstechnik (inIT) an der TH OWL und der Hochschule Coburg ist das jetzt gelungen.

Das Verfahren kurz erklärt

„Im Ei entstehen unterschiedliche Hormone bei männlichen und weiblichen Küken, die leuchten wir durch ein winziges Loch in der Eischale mit einem Laser an. Anhand des Lichtes, das sie zurückwerfen, können wir das Geschlecht des Embryos im Ei bestimmen“, sagt Helene Dörksen, die im inIT als Professorin für Mathematik forscht. In der Wissenschaft heißt dieses Verfahren Fluoreszenzspektroskopie. Helene Dörksen ist es gelungen, aus den Messwerten der Tests ein System abzuleiten, das männliche Küken von weiblichen unterscheidet. Gemeinsam mit Ihrem Forschungskollegen, Jens Staufenbiel von der Hochschule Coburg hat sie die Methode als Patent angemeldet. Der entscheidende Vorteil gegenüber bereits bekannten Methoden: Die Fluoreszenzspektroskopie funktioniert schon bei 3 bis 6 Tage alten Hühnereiern, wobei die Messung durch die Eihaut erfolgt. „Bei anderen Verfahren muss das Ei komplett geöffnet werden, für unser Verfahren brauchen wir lediglich ein ca. 2mm großes Loch in der Kalkschale. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Embryo im Ei zu diesem frühen Zeitpunkt noch kein Schmerzempfinden hat“, erklärt Jens Staufenbiel.
Noch ist das massenhafte Töten von männlichen Küken in Deutschland erlaubt. Bis es neue, wirtschaftliche Verfahren gibt, um das Geschlecht im Hühnerei zu bestimmen, hat das Bundesverwaltungsgericht im Mai 2019 entschieden. Das neue Verfahren könnte ein Durchbruch für Tierschützerinnen und Tierschützer sein, die seit langem ein Verbot des Tötens fordern.

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 Technik, die stärker ist als Schlaglöcher. 

© Katharina Thehos | TH OWL

Lemgo, 15. Juli 2019. Ob im Auto oder der digitalen Fabrik: Wenn Sensoren Daten erfassen, müssen diese in Netzwerken übermittelt werden. Entweder über Funk oder über Leitungen. Der Weg per Leitung ist zuverlässiger – Schwachpunkte gibt es aber dort, wo zwei Kabel mit einer Steckverbindung zusammengeführt werden. Die Feinsystemtechniker der TH OWL forschen in einem neuen Projekt daran, Steckverbinder gegen Vibrationen und Hitze abzuhärten. 

In fünf bis zehn Jahren fahren autonome Autos auf deutschen Straßen – davon geht Professor Dr. Jian Song aus. Der Leiter des Labors für Feinsystemtechnik an der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe arbeitet gemeinsam mit seinem Team daran, dass bis dahin die Technik ausreichend robust ist, damit der Verkehr sicher fließt. Seit Juli 2019 forschen die Lemgoer Wissenschaftler gemeinsam mit der Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT an zuverlässigeren Steckverbindern. 

Die Sinnesorgane des autonomen Autos 

In autonomen Fahrzeugen gibt es viele Sensoren. Die von ihnen erfassten Daten werden übertragen an einen Steuercomputer. Jede Leitung braucht zwei Steckverbinder. Fällt ein Sensor aus – oder werden seine Daten fehlerhaft übertragen – hat das Auto ein Problem: „Ein Sinnesorgan funktioniert nicht mehr“, veranschaulicht Song. Bei autonomen Fahrzeugen würde das dazu führen, dass diese angehalten werden. Während ein menschlicher Fahrer bei einer gelben Warnleuchte in der Regel entscheidet, zumindest bis nach Hause oder zur Werkstatt zu fahren, stoppt das autonome Auto sofort: „Bei autonomen Fahrzeugen haftet der Autohersteller für die Sicherheit. Deshalb werden sie schon bei der kleinsten sicherheitsrelevanten Störung angehalten“, so Song. Weil der Mensch als Kontrolleur und Entscheider wegfällt, muss die Technik besonders robust sein. Für die Zuverlässigkeit der Steckverbinder beim autonomen Fahren gibt es sogar eine weltweit gültige Vorschrift: Erlaubt ist ein Fehler pro einer Milliarde Betriebsstunden. „Das klingt sehr streng – aber man muss beachten, dass jedes Auto bis zu 5.000 Steckverbinder hat“, erklärt Song und rechnet vor: Während der von den Herstellern angenommenen Lebensdauer eines Autos von 15 Jahren darf in einem von 30 Fahrzeugen eine Steckverbindung ausfallen. 

Vibrationen und Hitze fordern Verbindungen heraus 

Schäden in Steckverbindungen können vor allem durch Vibrationen und Hitze entstehen. Fährt ein Auto etwa über ein Schlagloch, so kommen alle Bauteile ins Schwingen. Auch der Motor selber sorgt für Vibrationen. Probleme mit Hitze können beispielsweise auftreten, wenn unterschiedliche Materialien verwendet sind, die sich bei Wärme verschieden stark ausdehnen. Bisher ist nicht erforscht, welche Art von Vibrationen schädlicher ist für die Steckverbinder: schnelle oder langsame, wechselnde oder gleichförmige. Die Lemgoer Wissenschaftler wollen diese Lücke schließen und testen die Bauteile auf Prüfständen, mit denen sie die Belastungen im Fahrzeug simulieren. Viele der Anlagen im Labor für Feinsystemtechnik sind Maßanfertigungen der Lemgoer Forscher. Auch für das aktuelle Projekt müssen sie zunächst einen passenden Prüfstand entwickeln und aufbauen. 

Unterstützt wird die Forschung von einem Ausschuss aus Vertretern von Unternehmen, beispielsweise vom Automobilzulieferer ZF und von Steckverbinderherstellern. Das AiF-Projekt wird von Juli 2019 bis Juni 2021 mit rund 400.000 Euro gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Rund die Hälfte der Fördersumme fließt an die TH OWL. 

Forschung im Labor für Feinsystemtechnik 

Das Labor für Feinsystemtechnik des Fachbereichs Maschinenbau und Mechatronik gehört zum Forschungsschwerpunkt „Innovative Werkstoffe“ der TH OWL. Im Labor arbeiten knapp 20 Mitarbeiter in Wissenschaft und Technik: Ingenieure aus dem Maschinenbau, der Mechatronik und den Werkstoffwissenschaften, Physiker sowie Physiklaboranten. Professor Dr. Jian Song und sein Team forschen in enger Kooperation mit der Industrie der elektrischen Verbindungstechnik und mit der Automobilindustrie. Die Schwerpunkte liegen auf der Erforschung und Verbesserung von Funktionsoberflächen und Schichtsystemen für elektrische Kontakte. Häufig geht es außerdem um Verschleißprozesse, Schadensanalysen und Lebensdauerprüfungen. 

Origialmeldung:
https://www.th-owl.de/th-news/artikel/detail/technik-die-staerker-ist-als-schlagloecher/

Ansprechpartnerin:
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