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Aus Forschung und Lehre - Fachhochschule Lübeck

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Aus dem Inhalt
ImpressumSeite 2
Hans-Peter Süfke
VorwortSeite 3
Arne Bender, Lars Brommer, Sabine Fricke
Atmosphärenplasma - eine effiziente Behandlungsmöglichkeit von
Kunststoffoberflächen zur Verbesserung der KlebbarkeitSeite 4
Kai Wellbrock
Wasserwirtschaftliche Untersuchung der antiken Metropole
Pergamon, TürkeiSeite 8
S. Schlauss, M. Krugmann, J. Osten, M. Grottker
„Basic Needs“ Kampagne 2011 in vier Vororten von Mwanza, TansaniaSeite 11
Wang Yufeng, Sebastian Schlauss, Ivonne Stresius, Matthias Grottker
Microbiological Analysis of Rainwater and the outflow of Reverse
Osmosis as Drinking Water in the Build Now buildingSeite 18
Mario Oertel
Wiederaufbau des WasserbaulaborsSeite 23
Uwe Englisch
Centrum Industrielle Biotechnologie (CIB) LübeckSeite 27
Gerrit Rüdiger, Birgit Schädel, Olaf Jacobs
Einfluss der Kohlenstofffaserart (Pitch/PAN) auf das Reibungs- und
Verschleißverhalten von PEEK-CompoundsSeite 30
Andreas Dörich
BeltScienceSeite 40
Karen Cabos, Dirk Dohse, Oliver Rentzsch
Drugs made in India: Struktur und Entwicklung des Bangalore
Biotech Clusters Seite 47
17. Jahrgang - Dezember 2013
Christian Bollmeyer, Tim Esemann, Hartmut Gehring, Horst Hellbrück
Höhenbestimmung mittels Luftdrucksensoren und
differentieller Messung für Indoor-AnwendungenSeite 53
Désirée H. Ladwig, Claudia Linde, Friederike J. Fründt
Forschungsprojekt FachlaufbahnenSeite 59
Aus den Fachbereichen
Andreas Dörich
CasemakerSeite 66
Niklas Jessen, Florian Schröder
RECOVERYSeite 67
Michel E. Domsch, Désirée H. Ladwig
FachlaufbahnenSeite 70
Farina Steinert
PELIT – ESF-Projekt „E-Learning IT“Seite 71
Farina Steinert
Regulatory Affairs für die Medizintechnik (RAM)Seite 73
Andreas Dörich
Improving security by democratic participation (ISDEP)Seite 74
Andreas Dörich
KNOWME - The European academic and industry Network
for innovative maritime training, education and R&DSeite 75
Horst Hellbrück, Andreas Hanemann, Dawoud El-Sabbagh
Neugestaltung des Labors KommunikationsnetzeSeite 75
Neue Bücher:
vorgestellt von Henning Schwarz
NeuerscheinungenSeite 78
ISSN: 1618-5528
Aus Forschung und Lehre
Fachhochschule Lübeck
1
Impressum
Herausgeber
Präsidium der Fachhochschule Lübeck
Mönkhofer Weg 239
23562 Lübeck
www.fh-luebeck.de
Redaktion
Satz und Layout
Frank Mindt, M.A.
Pressestelle
Fachhochschule Lübeck
Telefon: 0451 300-53 05
Fax: 0451 300-54 70
e-mail: presse@fh-luebeck.de
Kai Greim
www.design-it-service24.de
Wahmstraße 53, 23552 Lübeck
Telefon: 0451-70 70 257
Mobil: 0151-17252977
e-mail: info@design-it-service24.de
Druck
Fotos
Martin Baginski Design
Torstraße 1
23570 Travemünde
Telefon: 04502-788987
Fax: 04502-788962
Mobil: 0163-7761339
e-mail: martin@baginski-media.de
Autoren/-innen, Pressestelle
Auflage
800 Exemplare
Das nächste impulsE erscheint
November 2014
Redaktionsschluss für Jahrgang 18
31.08.2014
ISSN 1618 5528
2
Fachhochschule Lübeck
Vorwort
Lehre, Forschung, Technologietransfer und wissenschaftliche
Weiterbildung – das sind die
Faktoren, die unbestreitbar einer
modernen Hochschule zuzuordnen sind. Sie sind zudem von
elementarer Bedeutung für eine
aufstrebende und zukunftsorientierte Stadt wie Lübeck auf dem
Weg zu einem Hochtechnologiestandort. Kreative und leistungsstarke Menschen in Forschung
und Lehre, gut ausgestattete Forschungs- und Entwicklungslaboratorien und hervorragend ausgebildete Fachkräfte sind
wichtige Faktoren, um innovative Unternehmen weiter an
Lübeck zu binden oder sich für diese Stadt zu begeistern bzw.
sich hier neu zu etablieren.
Die Bedeutung von Hochschulen für die Zukunftsfähigkeit
dieser Stadt ist auch der Grund für die enge Zusammenarbeit
zwischen Hochschulen und Stiftungen in vielen Projekten und
Aktivitäten. Beispielhaft nenne ich nur den „GründerCube“, der
mit nennenswerter finanzieller Hilfe der Stiftungen errichtet
werden konnte und junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf dem Weg in die Selbständigkeit unterstützen soll.
Ein aktuelles Beispiel des engen Zusammenwirkens von Hochschulen und Stiftungen ist der Preis der Energieeffizienz, der in
Diskussionen mit dem Präsidenten der Fachhochschule Lübeck
und der im Jahre 2004 gegründeten Gemeinnützigen Sparkassenstiftung zu Lübeck entwickelt worden ist. Alle Studierenden,
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie Dozierende der Fachhochschule sind aufgerufen, neue Ideen zur Energieeffizienz
zu entwickeln und damit einen kleinen Beitrag zum aktuellen
Thema der Energiefrage nach dem Ausstieg aus der Atomenergie zu leisten. Die FH Lübeck scheint hierfür prädestiniert zu
sein, denn sie befasst sich seit vielen Jahren intensiv mit naturund ingenieurwissenschaftlichen Themen, im Besonderen auch
mit den Themen Umwelt, Energie und Energieeffizienz.
Die Ideen der diesjährigen Preisträger zum EnergieeffizienzWettbewerb sind in dieser Ausgabe des Magazins unter dem
Titel „Recovery“ zu finden.
Der Preis der Energieeffizienz, der alle zwei Jahre ausgelobt
werden soll, und viele weitere Preise, Auszeichnungen, Wettbewerbe und wissenschaftliche Veröffentlichungen sollen
zugleich helfen, die Politik, die Unternehmen und die breite
Öffentlichkeit über wissenschaftliche Leistungen der hiesigen
Hochschulen zu informieren. Diesem Zweck dient auch dieses
Magazin ImpulsE der Fachhochschule Lübeck, in dem regelmäßig Forscher/Forscherinnen und Lehrende über ihre Erfolge in
anwendungsnahen Entwicklungen sowie über neue Ansätze in
der Lehre berichten.
Ich wünsche den Leserinnen und Lesern eine interessante Zeit
bei der Lektüre!
Hans-Peter Süfke
Vorstandsvorsitzender der Gemeinnützigen
Sparkassenstiftung zu Lübeck
Fachhochschule Lübeck
3
Atmosphärenplasma - eine effiziente Behandlungsmöglichkeit
von Kunststoffoberflächen zur Verbesserung der Klebbarkeit
Arne Bender, Lars Brommer, Sabine Fricke
Kleben als innovatives Fügeverfahren spielt mittlerweile in
nahezu allen Bereichen der industriellen Fertigung eine wichtige Rolle. Die moderne Klebtechnik bietet vielfältige Möglichkeiten neue, den steigenden Anforderungen des Marktes
gerecht werdende Produkte herzustellen oder bestehende
hinsichtlich Qualität und Kosten zu optimieren.
Nahezu alle Materialien können mittels Kleben unter weitestgehendem Erhalt der Werkstoffeigenschaften miteinander und
untereinander verbunden werden, so dass die Klebtechnik
große Potenziale z.B. für den Leichtbau bietet.
Betrachtet man den Klebprozess, so sind der Klebstoff mit
seinen Verarbeitungsbedingungen und die zu fügenden Teile
und dabei deren Oberflächen besonders wichtig. Der Übergang
Fügeteil und Klebstoff, also die so genannte Grenzfläche, ist
dabei ganz entscheidend für die Haftfestigkeit und letztendlich
die Festigkeit der Klebverbindung. Die Haftung erfolgt über
sekundäre Kräfte/Bindungen. Diese können durch eine gezielte
Plasmabehandlung der Fügeteiloberflächen verstärkt werden.
Durch die Plasmabehandlung wird die Oberflächenenergie
erhöht sowie die Oberflächenrauheit verbessert, in der Regel
erhöht. Die Höhe der Oberflächenenergie ist gerade bei Kunststoffoberflächen von großer Bedeutung.
Plasma- Plasmatechnik
Materie kommt in verschiedenen Aggregatzuständen vor.
Nahezu alle Materialien befinden sich bei niedrigen Temperaturen im festen Zustand (fest), bei dem ihre Atome und Moleküle
ein festes Gefüge bilden. Bei steigender Temperatur nimmt
deren Bewegung stetig zu, bis sie ihre festen Plätze verlassen
und sich umeinander bewegen können (flüssig). Wird weiter
Energie zugeführt, verlassen die Atome und Moleküle den
gemeinsamen Verband und bewegen sich frei (gasförmig). Wird
der Materie weiterhin Energie zugeführt, entstehen geladene
Teilchen, d.h. negativ geladene Elektronen und positiv geladene
Ionen. Dieses Teilchengemisch wird als Plasma bezeichnet
(vierter Aggregatzustand). Man unterscheidet so genannte
heiße Plasmen, z.B. Sonne mit hohen Temperaturen, und kalte
Plasmen, z. B. Blitz mit hohen Spannungen. Bei der in der FH
Lübeck verwendeten Plasmaanlage (Atmosphärenplasma)
kommen kalte Plasmen, die unter atmosphärischem Druck und
unter Verwendung von Luftgas erzeugt werden, zur Anwendung. In der Abbildung 1 sind das Geräteschema mit ausgewählten Kennwertangaben, der Plasmakopf mit Probentisch
und der Plasmastrahl zu sehen. Die Druckluftzufuhr hat nur die
Aufgabe das im Plasmakopf erzeugte Plasma heraus zu blasen.
Kunststoffoberflächen und hierbei besonders Polyethylen und
Polypropylen besitzen eine kleine Oberflächenenergie was
deutlich wird, wenn man einen Wassertropfen auf der Oberfläche betrachtet, der nicht verläuft, sich zusammenzieht und leicht
abperlt. Wasser ist dabei polar und die Kunststoffoberflächen
wenig polar bzw. unpolar. Polypropylen und Polyethylen lassen
sich also schlecht mit Wasser aber auch mit Klebstoffen benetzen
und somit auch schlecht verkleben, bedrucken oder lackieren.
Um nun erfolgreich Kleben zu können gilt es also, die Oberflächenenergie der Kunststoffoberflächen zu erhöhen und dabei
nach Möglichkeit auch die Polarität der Kunststoffoberfläche
anzugleichen.
Hierbei kommt das Atmosphärenplasmagerät der Firma
Diener, zur Prüfung der Oberflächenspannung das Kontaktwinkelmessgerät der Firma Krüss und zur Zugscherfestigkeitsprüfung die Zugprüfmaschine der Firma Zwick zum Einsatz.
Als Klebstoff wird ein Zweikomponenten Epoxid-Klebstoff der
Firma UHU („UHU Endfest 300“) verwendet.
Abbildung 1: Schema der Atmosphärenplasmaanlage
Quelle: Firma Diener
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Fachhochschule Lübeck
Plasmakopf und Probentisch
Plasmastrahl, Quelle: Firma Diener
Ein Plasma wird eingesetzt, um die Oberflächeneigenschaften
gezielt zu verändern. Dabei ist es möglich, die Oberflächen von
Bauteilen zu
reinigen:
Vor allem organische Kontaminationen werden entfernt
(Oxidation/Verdampfung).
ätzen:
Ein anisotropes Trockenätzen oder ein Strukturieren (z.B.
Erzeugen von Mikrogräben) ist möglich.
beschichten:
Eine Abscheidung von Schichten z.B. durch Sputtern und/oder
durch Einspeisung von Zusatzstoffen (in der FH Lübeck durch
Zugabe von HMDSO (Hexamethyldisiloxan und Abscheidung von dünnen glasähnlichen Schichten) in das Plasma ist
möglich.
Abbildung 2: Probe in der Mitte plasmabehandelt (plasmaaktiviert)
Auf der plasmabehandelten Fläche spreiten (verlaufen) die Wassertropfen,
wogegen an den unbehandelten Rändern Tropfen zu erkennen sind
aktivieren:
Unter (Plasma)aktivieren versteht man die Bildung von Radikalstellen an der Oberfläche von Werkstoffen. Eine bessere
Klebverbindung oder Lackhaftung bei Kunststoffbauteilen
gelingt durch Erzeugung von funktionellen Gruppen. Dabei
werden nur die obersten Molekülschichten beeinflusst und
hydrophile Gruppen (z.B. OH-Gruppen oder COOH-Gruppen)
in Polymerketten eingebaut. Die Materialeigenschaften des
gesamten Werkstückes bleiben dabei unverändert.
Fachhochschule Lübeck
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Kontaktwinkelmessung zur Bestimmung der
Oberflächenenergie
Die Abbildung 3 zeigt das Kontaktwinkelmessgerät der Firma
Krüss und zwei Wassertropfen auf einer hydrophileren und
einer stark hydrophoben Probenoberfläche.
mittels Kontaktwinkelmessung bezüglich der Oberflächenspannung vermessen und dann verklebt. Die Plasmabehandlung
(Generatorleistung 300 Watt) erfolgte einmalig indem der Strahl
in einem Abstand (Düse –Substrat) von 10 mm und mit einer
Geschwindigkeit von 40 mm/s über die Proben geführt wurde.
Polyethylen unbehandelt
Die Kontaktwinkelmittelwerte betrugen für Wasser 92 Grad
und für Diiodmethan 54 Grad, woraus sich eine Oberflächenenergie von 33,3 mJ/m2 (mit 31,8 mJ/m2 (disperser (Anteil)
und 1,5 mJ/m2 (polarer Anteil)) ergab.
Die Zugscherkraft (Mittelwert) lag bei 20 N. Bei einigen Proben
löste sich die Klebung bereits vorher, so dass keine Messung
möglich war.
Polyethylen plasmabehandelt
Die Kontaktwinkelmittelwerte betrugen für Wasser 78 Grad
und für Diiodmethan 52 Grad, woraus sich eine Oberflächenenergie von 39,0 mJ/m2 (mit 33,0 mJ/m2 (disperser (Anteil)
und 6,0 mJ/m2 (polarer Anteil)) ergab.
Abbildung 3: Kontaktwinkelmessgerät Hierbei werden die mittels Spritzen
auf die Probe aufgesetzten Tropfen (destilliertes Wasser und Diiodmethan)
optisch vermessen, die Kontaktwinkel bestimmt und daraus mittels Modellrechnungen (integriertes Softwarepaket) die Oberflächenenergien ermittelt.
Die jeweilige Oberflächenenergie setzt sich dabei aus einem polaren und
einem unpolaren Anteil zusammen.
Die Zugscherkraft (Mittelwert) lag bei 940 N.
Eine mehrmalige Plasmabehandlung (2-3 maliges Aktivieren
der Probe) führte zu einer Vergrößerung des polaren Anteils
(bis auf 35 mJ/m2 ) und zu einem geringfügig steigenden dispersen Anteil (+ 2 mJ/m2). Obwohl die Oberflächenspannung
somit steigt führte dies aber zu keiner weiteren Erhöhung der
Zugscherfestigkeit/Zugscherkraft.
Polypropylen unbehandelt
Die Kontaktwinkelmittelwerte betrugen für Wasser 105 Grad
und für Diiodmethan 58 Grad, woraus sich eine Oberflächenenergie von 30,0 mJ/m2 (mit 29,7 mJ/m2 (disperser (Anteil)
und 0,3 mJ/m2 (polarer Anteil)) ergab.
Tropfen benetzt die Probenoberfläche. Tropfen benetzt die Probenoberfläche
(hydrophilere Oberfläche)
nicht. (stark hydrophobe Oberfläche)
Die Zugscherkraft (Mittelwert) lag bei 80 N.
Polypropylen plasmabehandelt
Untersuchungen, Ergebnisse und Diskussion
Es galt verklebte Polyethylen- und Polypropylenproben bezüglich der Zugscherfestigkeit/Zugscherkraft zu untersuchen. Dazu
wurden klassische Zugprüfstäbe (170 mm lang und im Messbereich 10 mm breit und 4 mm hoch) im Messbereich durchgeschnitten und überlappend (Fläche 10 mm x 20 mm) mit einem
2 Komponentenklebstoff „UHU Endfest 300“ verklebt . Die
Proben wurden dann in einer Zugprüfmaschine auseinander
gezogen (Zugscherprüfung). Hierzu wurden unbehandelte (nur
mit Alkohol gereinigt) und plasmaaktivierte Proben hergestellt,
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Fachhochschule Lübeck
Die Kontaktwinkelmittelwerte betrugen für Wasser 94 Grad
und für Diiodmethan 54 Grad, woraus sich eine Oberflächenenergie von 33,0 mJ/m2 (mit 32,2 mJ/m2 (disperser Anteil) und
0,8 mJ/m (polarer Anteil)) ergab.
Die Zugscherkraft (Mittelwert) lag bei 640 N.
Eine mehrmalige Plasmabehandlung (2-3 maliges Aktivieren
der Probe) führte zu keiner Vergrößerung des polaren und dispersen Anteils. Eine weitere Erhöhung der Zugscherfestigkeit
konnte auch nicht festgestellt werden.
In der Automobilindustrie werden häufig keine reinen Polypropylenbauteile eingesetzt sondern so genannte Polymerblends
(PP EPDM (Polypropylen Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk),
die auch eine hohe Zähigkeit garantieren.
Hier sollen Untersuchungen auch im Rahmen von Masterarbeiten weitere Erkenntnisse liefern.
Im Rahmen eines Fortbildungsseminars vom KunststoffKompetenzzentrum der FH Lübeck sollten Prüfkörper aus
PP/EPDM einmal unbehandelt und einmal plasmabehandelt
verklebt werden. Von diesen Proben wurden auch die Oberflächenenergien bestimmt und nach dem Verkleben die Zugscherkräfte ermittelt.
Geräteunterlagen der Firma Krüss
Geräteunterlagen der Firma Diener
A. Kondyurin, M. Bilek, Ion Beam Treatment of Polymers,
Elsevier 2008, Oxford
Gerd Habenicht, Kleben, Springer Verlag 1990,
Berlin Heidelberg
Michaeli/Wegener, Einführung in die Technologie der
Faserverbundwerkstoffe, Hanser Verlag 1990, München
PP EPDM unbehandelt
Die Oberflächenenergie betrug 24,8 mJ/m2 (mit 21,6 mJ/
m2 (disperser (Anteil) und 3,2 mJ/m2 (polarer Anteil).
Der geringere Wert der Oberflächenenergie im Vergleich zum
Polyethylen und Polypropylen bestätigt auch den haptischen,
PTFE-ähnlichen Eindruck.
Die Zugscherkraft konnte nicht ermittelt werden, da sich alle
Verklebungen vorher lösten.
PP EPDM plasmabehandelt
Die Oberflächenenergie betrug 26,1 mJ/m2 (mit 23,1 mJ/m2
(disperser (Anteil) und 3,0 mJ/m2 (polarer Anteil).
Die Zugscherkraft (Mittelwert) betrug 945 N.
Obwohl nach der Plasmabehandlung nur der disperse
Anteil geringfügig angestiegen war, erfolgte eine erfolgreiche
Verklebung.
Eine Atmosphärenplasmabehandlung ist eine recht einfache und preiswerte Methode zur Oberflächenbehandlung/aktivierung von Kunststoffen. Es wird durch die Behandlung
eine Erhöhung der Oberflächenenergie erreicht, die zu einer
besseren Verklebung von Kunststoffbauteilen (hier Polyethylen
mit Polyethylen und Polypropylen mit Polypropylen) führt,
was sich in einer hohen Zugscherfestigkeit (hier Zugscherkräfte
bestimmt) zeigt.
Die Oberflächenenergie (aufgeteilt in dispersen und polaren Anteil) mittels Kontaktwinkelmessungen bestimmt, ist
ein Indikator für eine erfolgreiche Plasmaaktivierung und
Verklebung.
Zudem ist es hilfreich, die Einteilung in polaren und dispersen
Anteil zu betrachten, um die Prüfteile und Klebstoffe auf einander besser abstimmen zu können.
Quellen:
Im Labor für Oberflächentechnik im Fachbereich Maschinenbau und Wirtschaft stehen Methoden der Oberflächenbehandlung und Oberflächenprüfung zu Verfügung und können
auf verschiedene Oberflächensysteme angewendet werden. In
enger Zusammenarbeit mit dem Kunststoff-Kompetenzzentrum
der FH Lübeck sind Auftragentwicklungen für Unternehmen
möglich. Weiterhin werden gezielt Schulungen/Fortbildungen
angeboten.
Bei einigen Problemstellungen geht es auch in den Bereich
der anwendungsnahen und grundlegenden Forschung. Hier
werden Bachelor- und Masterstudierende der FH Lübeck aktiv
eingebunden und im Verbund mit FH-KollegInnen (z.B. dem
Werkstoffinstitut der FH Lübeck) oder auch mit externen
Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen können
Lösungen erarbeitet werden.
Kontakt:
Sabine Fricke, Arne Bender
FH Lübeck FB M & W
Mönkhofer Weg 239
23562 Lübeck
Telefon: 0451 300-5544
e-mail: arne.bender@fh-luebeck.de
Lars Brommer
Kunststoff-Kompetenzzentrum (KuK)
Mönkhofer Weg 239
23562 Lübeck
Telefon: 0451 300-5228
e-mail: lars.brommer@fh-luebeck.de
Deutlich wird auch, dass bei Plasmabehandlungen der jeweilige
Werkstoff genau betrachtet werden muss. Gerade beim Polypropylen gibt es Verhaltensauffälligkeiten im Vergleich zu anderen
Polymeren wie z.B. Polyethylen.
Fachhochschule Lübeck
7
Wasserwirtschaftliche Untersuchung der antiken Metropole
Pergamon, Türkei
Kai Wellbrock
Einleitung
Im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft
(DFG) mit einer Sachbeihilfe geförderten Projektes wurden
in den Jahren 2010 bis 2012 die innerstädtischen Anlagen
zur Wasserbewirtschaftung der antiken Metropole Pergamon
untersucht. Das Projekt stand in einer mittlerweile langjährigen Tradition wasserhistorischer Forschung im Fachbereich
Bauwesen unter der Leitung von Prof. Dr. H. Fahlbusch. Es
wurde in enger Kooperation mit dem Deutschen Archäologischen Institut (DAI), Abteilung Istanbul, durchgeführt.
Schwerpunktmäßig wurde das Gebiet der sog. Stadtgrabung,
das seit den 1970er Jahren unter Leitung von Prof. Dr. W. Radt
(DAI) auf einer Fläche von rund 1,5 ha in mehr als 20 Jahren
freigelegt wurde, untersucht.
Pergamon war in der Antike eine Metropole an der Westküste
der heutigen Türkei. Die Stadt erlebte eine erste Blütezeit
während der hellenistischen Zeit im 2. Jh. v. Chr. Kulturell
und wirtschaftlich gelangte Pergamon schließlich während der
römischen Kaiserzeit im 2. Jh. n. Chr. zu einer Vorrangstellung
in der römischen Provinz Asia Minor.
Die Ausgrabungen in Pergamon werden seit rund 125 Jahren
vom DAI anfangs von Berlin bzw. der Abteilung in Athen aus
und heute von der Abteilung in Istanbul unter der jetzigen
Leitung von Prof. Dr. F. Pirson durchgeführt. Während dieser
außergewöhnlichen langen Grabungs- und Forschungsgeschichte sind im innerstädtischen Bereich vielfach wasserbauliche Installationen zu Tage gekommen, die bisher nie in einem
Gesamtzusammenhang betrachtet worden waren.
Basierend auf Untersuchungen der Wasserzuleitungen zur
Stadt, die bis in das Ende des 19. Jahrhunderts zurückreichen
und seit den späten 1960er Jahre durch Prof. G. Garbrecht
(Leichtweiß-Institut der Technischen Universität Braunschweig) unter Mitarbeit von Prof. Dr. H. Fahlbusch vertieft
worden sind, konzentrierten sich die aktuellen Untersuchungen auf den innerstädtischen Bereich. Gegenstand der Forschung waren und sind die Anlagen zur Wasserversorgung und
Abwasserentsorgung, sowie deren Entwicklung von der frühhellenistischen bis in die spätrömische Phase, d.h. über einen
Zeitraum von mehr als 500 Jahren. Es war zu erwarten, dass
sich die wechselvolle Stadtgeschichte mit Zeiten hoher Prosperität und wirtschaftlichem Niedergang indirekt im Zustand
und im Ausbaugrad der wassertechnischen Einrichtungen
widerspiegelt. Auf diese Weise wurden Hinweise erwartet,
die Aufschluss über die Struktur des organisch gewachsenen
Stadtkerns liefern.
Übersichtsplan des Stadtberges von Pergamon während der römischen Kaiserzeit. Eingetragen sind die z.T. vermuteten Endpunkte der Fernwasserleitungen.
Das in diesem Artikel behandelte Areal der Stadtgrabung ist grün markiert.
Abbildungsnachweis: Verändert nach Wulf, U.: Der Stadtplan von Pergamon,
Istanbuler Mitteilungen, Band 44, 1994, Beilage 2.
8
Fachhochschule Lübeck
Dieses Areal wurde überwiegend zu Wohnzwecken genutzt
und bietet somit die fast einmalige Möglichkeit zur Erforschung eines innerstädtischen Wasserbewirtschaftungssystems
einer antiken Großstadt.
Nach dem Bau der ersten Fernwasserleitungen wurde dieses
dezentrale, auf Zisternen beruhende System nur allmählich
durch eine zentrale Fließwasserversorgung ersetzt.
Methoden
Grundlage der Untersuchungen war zunächst eine Aufarbeitung der Altgrabungen. Hierfür musste in den Grabungsarchiven des DAI in Berlin, Istanbul und Bergama (Türkei) nach
verwertbaren Informationen gesucht werden. Die originale
Grabungsdokumentation umfasst neben den Tagebuchaufzeichnungen der Ausgräber (insg. mehr als 20.000 Seiten) vor
Allem Zeichnungen und Vermessungsskizzen. Erst in einem
zweiten Schritt wurden die bereits vorhandenen Publikationen,
die die Fragestellung dieses Projektes berühren, hinzu gezogen.
Ergänzt wurden diese Untersuchungen durch Feldkampagnen
vor Ort, die sich während der Projektlaufzeit auf insgesamt 16
Wochen summierten. Bei den Feldarbeiten wurden neben Vermessungsarbeiten auch eigene archäologische Sondierungen
in kleinem Umfang durchgeführt. Des Weiteren dienten die
Kampagnen der Aufnahme des Baubestandes und der Sichtung
der nur in Bergama vorhandenen Grabungsdokumentation.
Aufgrund der engen Zusammenarbeit mit anderen Disziplinen,
wie der Archäologie, der Bauforschung oder der Epigraphik,
konnten im Dialog viele offene Fragen geklärt werden, die
durch eine rein fachspezifische Betrachtung vielleicht offen
geblieben wären.
Die Ergebnisse der einzelnen Untersuchungen wurden
zunächst in einer Datenbank zusammengeführt, die als Grundlage für die Abschlusspublikation des Projektes dienen wird.
Mit fortschreitender Projektdauer wurden erste Ergebnisse der
wissenschaftlichen Öffentlichkeit auf nationalen und internationalen Tagungen zugänglich gemacht, um im wissenschaftlichen Diskurs weitere Anregungen zu erhalten.
Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse
Wasserversorgung
Die Wasserversorgung der anfänglich kleinen Bergfestung
beruhte anfangs auf in Zisternen gespeichertem Niederschlagswasser, welches durch Grundwasservorkommen in
der Umgebung der Stadt ergänzt wurde. Auf der Grundlage
einer Wasserbilanzbetrachtung, die das im sommertrockenen
Mittelmeerklima nur saisonal vorhandene Niederschlagswasser
berücksichtigt, konnte unter Beachtung des archäologischen
Befundes (Lage und Größe der Zisternen) abgeschätzt werden,
wie viele Personen mit diesem ersten System der Wasserversorgung versorgt werden könnten.
Tonrohrleitungen unterschiedlicher Phasen im Verlauf der Hauptstraße, die
teilweise einem zentralen Versorgungssystem zuzuordnen sind.
Offenbar hatte sich das alte System bewährt und wurde erst
infolge von Naturkatastrophen (Erdbeben) oder größeren
Umbaumaßnahmen ersetzt.
Grundsätzlich konnte festgestellt werden, dass sich die Prosperität der Stadt auch im Zustand des Versorgungssystems
widerspiegelt.
Erneuerungs- oder Erweiterungsmaßnahmen nennenswerten
Umfanges sind nur in einer der beiden Blütezeiten der Stadt zu
beobachten.
Abwasserentsorgung
Neben der Versorgung mit ausreichend, sauberem Trinkwasser
ist aus hygienischen Gründen im eng besiedelten innerstädtischen Bereich die Entsorgung des Abwassers eine Kernaufgabe
der Siedlungswasserwirtschaft.
So ist es wenig verwunderlich, dass offenbar bereits zeitgleich
mit der Anlage der ersten Stadtmauer in hellenistischer Zeit ein
Entwässerungssystem geplant und angelegt wurde.
Fachhochschule Lübeck
9
Hierdurch wurde ein Werkzeug geschaffen, das es ermöglichen
soll, Grabungsbefunde auf der Grundlage der bisher in der
archäologischen Forschung oftmals wenig beachteten Tonrohre, zu datieren. Auch wenn die bisherige Tonrohr-Typologie
nur einen groben Anhaltswert für die Datierung liefern kann,
so ist zu hoffen, dass durch weitere Forschungen und die
Ausweitung der Untersuchungen auf weitere Ausgrabungen
Kleinasiens, der Katalog weiter gefestigt werden kann.
Hauptentwässerungskanal aus philetairischer Zeit (3. Jh. v. Chr.) über den ein
Großteil des Stadtgebietes entwässert wurde.
Tonrohr-Typologie
Wohl erstmals wurde ein Tonrohr-Katalog zusammengestellt,
der die Einordnung verschiedener Tonrohr-Typen in einen
zeitlichen Rahmen ermöglicht.
Neue Datierungsansätze zu den Fernwasserleitungen
Vor dem Hintergrund neuer Forschungsergebnisse zur Entwicklung der Stadtstruktur wurden die bisherigen Datierungen
der Fernwasserleitungen neu bewertet. Die Betriebszeit und
die zeitliche Folge der einzelnen Fernwasserleitungen hat nicht
nur für die Untersuchung des innerstädtischen Versorgungssystems, sondern auch für die Bewertung des Stadtorganismus
zentrale Bedeutung. Auf diese Weise dürften die neuen Überlegungen zur Datierung der hellenistischen und römischen
Fernwasserleitungen nicht nur wichtig für das Verständnis des
wasserwirtschaftlichen Systems sondern auch für die archäologische Forschung sein.
Ausblick
Nach Beendigung des Projektes werden alle Untersuchungsergebnisse in einer Schlusspublikation zusammengefasst, die
bis Ende 2013 erscheinen soll. Es wird angestrebt, die Kooperation mit der Abteilung Istanbul des DAI fortzusetzen, um
die Untersuchungen detailliert auf weitere Ausgrabungen der
Westtürkei auszudehnen.
Beiträge auf Konferenzen und Tagungen
H. Fahlbusch: The big cistern in the acropolis of Pergamum.
Contribution to: Water History Conference of IWHA, held in
Delft, NL, 16th to 19th June 2010.
K. Wellbrock: Die wasserwirtschaftlichen Anlagen von Pergamon – Die Wasserversorgung im Bereich der Stadtgrabung.
Beitrag zur 2. DWhG-Nachwuchsseminar in Suderburg,
25. bis 27. März 2011.
K. Wellbrock: Die innerstädtische Wasserversorgung des antiken
Pergamon – Spiegelbild der Stadtentwicklung? Beitrag zur 34.
Technikgeschichtlichen Tagung der Eisenbibliothek, Schlatt,
CH, vom 10. bis 11. November 2011.
Zusammenstellung verschiedener Tonrohrtypen sowie deren relativ-chronologische Einordnung, die eine Datierung vom 3. Jh. v. Chr. bis in das 3. Jh. n. Chr.
erlauben dürfte.
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Fachhochschule Lübeck
K. Wellbrock: The urban water supply of ancient Pergamum –
Representing the urban development? Contribution to the 3rd
International Conference on Water and Wastewater Technologies in Ancient Civilisations of IWA, held in Istanbul, Turkey,
22nd to 24th March 2012.
K. Wellbrock: Tonrohre der innerstädtischen Wasserversorgung
des antiken Pergamon – Überlegungen zur Katalogisierung und
Typologie. Beitrag zur 22. DWhG-Fachtagung,
14. bis 16. Juni 2012, Siegburg.
H. Fahlbusch: Neue Überlegungen zur Datierung der römischen
Fernwasserleitungen von Pergamon. Contribution to: Cura
Aquarum – International Conference on Water Management in
Antiquity, held in Jerusalem, Israel, 13th to 15th October 2012.
K. Wellbrock: The urban sewage system of ancient Pergamum
– How it developed in Hellenistic era. Contribution to: Cura
Aquarum – International Conference on Water Management in
Antiquity, held in Jerusalem, Israel, 13th to 15th October 2012.
Bisherige Veröffentlichungen
Fahlbusch, H. (2012): Die Entwicklung des Wasserversorgungssystems von Pergamon in hellenistischer Zeit. In: Ohlig, Chr.
(Hrsg.) Jubiläumsband der Deutschen Wasserhistorischen
Gesellschaft, Bd. 20, S. 101-122, Siegburg, 2012.
Wellbrock, K. (2012): Das innerstädtische Wasserversorgungssystem des antiken Pergamon - Spiegelbild der Stadtentwicklung?
- Ferrum, Vol. 84, S. 17-28, 2012.
Wellbrock, K. (2012): Tonrohre der innerstädtischen Wasserversorgung von Pergamon Überlegungen zur Katalogisierung
und Typologie. In: Ohlig, Chr. (Hrsg.) Jubiläumsband der
Deutschen Wasserhistorischen Gesellschaft, Bd. 20, S. 123-143,
Siegburg, 2012.
Wellbrock, K. (2012): The urban water supply of ancient Pergamum - Representing the urban development? Proceedings of
the 3rd IWA Specialized Conference on Water and Wastewater
Technologies in Ancient Civilizations, held in Istanbul, Turkey,
22nd to 24th March 2012, pp. 89-98.
Fahlbusch, H. (2012): The Big Cistern on the Acropolis of
Pergamum - A Reservoir for the Storage of Water to Fight Against
Fire. Proceedings of to the 3rd IWA Specialized Conference on
Water and Wastewater Technologies in Ancient Civilizations,
held in Istanbul, Turkey, 22nd to 24th March 2012, pp. 43-48.
Fahlbusch, H. (in Vorbereitung): Neue Überlegungen zur
Datierung der römischen Fernwasserleitungen von Pergamon.
In: Ohlig, Chr. (Hrsg.) Schriften der Deutschen Wasserhistorischen Gesellschaft – Beiträge zur Tagung Cura Aquarum in
Israel. Erscheint vorrausichtlich 2013.
Wellbrock, K. (in Vorbereitung): Das innerstädtische Entsorgungssystem des antiken Pergamon. In: Ohlig, Chr. (Hrsg.)
Schriften der Deutschen Wasserhistorischen Gesellschaft –
Beiträge zur Tagung Cura Aquarum in Israel.
Erscheint vorrausichtlich 2013.
Die Abschlusspublikation ist für Ende 2013 als Sonderband bei
der Deutschen Wasserhistorischen Gesellschaft (DWhG) geplant.
„Basic Needs“ Kampagne 2011 in vier Vororten von Mwanza, Tansania
S. SchlauSS1, M. Krugmann2, J. Osten1, M. Grottker1
Labor für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der
Fachhochschule Lübeck
1
Ehrenamtliche Mitarbeiterin, Bad Schwartau
2
Das Projektgebiet liegt im Osten der Großstadt Mwanza am
Viktoriasee in Tansania. Entlang der Hauptverkehrsachse von
Mwanza nach Nairobi (Kenia) liegen der Vorort Igoma sowie
die Dörfer Kisessa, Ihayabuyaga und Ikengele.
Einführung und Hintergrund
Die Grundlage für die Idee einer Basic Needs Kampagne in Tansania wurde durch die Kontakte zur Tansaniagruppe der evangelisch-lutherischen Kirchengemeinde Luther-Melanchthon zu
Lübeck gelegt. So gibt es zwischen der Angaza Parish in Igoma
und der Gemeinde in Lübeck eine langjährige Partnerschaft, die
dieses Jahr auf eine zwanzigjährige Zusammenarbeit zurückblicken kann. Durch regelmäßige gegenseitige Besuche und den
dadurch resultierenden Austausch ist eine gute und fruchtbare
Zusammenarbeit auf Augenhöhe möglich. Besonders das Vertrauen und ein gegenseitiges Verständnis konnte auf diese Weise
aufgebaut werden, eine unabdingbare Voraussetzung für eine
Kampagne zur Verbesserung der Grundbedürfnisse.
Abbildung 1: Übersichtsbild der Region Mwanza mit den vier Vorortdörfern
[google earth]
Im Jahr 2009 wurden dort im Zuge einer Masterarbeit die
Grundbedürfnisse im Bereich der Siedlungshygiene vor Ort
ermittelt. 120 Familienbefragungen bildeten die Grundlage aus
Fachhochschule Lübeck
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denen der Entwicklungsstand der Region zu den Fachgebieten
Wasserversorgung, Abwasserentsorgung, Regenwasserwirtschaft
und Energiewirtschaft hinreichend beurteilt werden konnte.
Die Trinkwasserversorgung zeigte ein erhebliches Defizit in der
Entwicklung auf, so dass in vielen Familien Erkrankungen des
Magen-Darm-Traktes eine häufige Folge waren. In Abbildung 2
ist das Verhältnis der genutzten Wasserstellenarten im Projektgebiet dargestellt [Krugmann, 2009]. Die meisten Familien
(83%) haben Zugang zu Brunnen mit Handpumpen oder/
und offenen Wasserstellen. Da die Brunnen in der Trockenzeit
häufig nicht ausreichend Wasser führen, muss dann vollends
auf die Wasserstellen zurückgegriffen werden. Nur ein kleiner
Teil (17%) in den stärker urbanisierten Stadtrandbereichen hat
Zugang zu Wasserhähnen der zentralen Wasserversorgung von
Mwanza. Die Distanz zu den Wasserentnahmestellen liegt zwischen einem und vier Kilometern. Der tägliche Wasserbedarf
schwankt zwischen 14 und 23 Liter pro Person und Tag und
hängt von der Größe der Familie ab.
liche Defizite bestehen. Aus den Familienbefragungen wurde
erkannt, dass der Erfolg von technischen Entwicklungsprojekten sehr von der Einführung und Aufklärung abhängt. Folglich wurden Aufklärungsworkshops als zentrales Element der
Kampagne vorgesehen.
Vorbereitungen
Die Vorbereitungen in Lübeck umfassten die Auswahl des
Teams, das sich aus Studenten und Absolventen des Bau- und
Umweltingenieurwesens zusammensetzte. Im Team wurden
die Schulungen vorbereitet und die technischen Elemente zur
Verbesserung der Grundbedürfnisse entwickelt und getestet.
Für die Workshops wurden Materialien für die Aufklärung im
Bereich der Hygiene und des Umweltschutzes zusammengestellt. Weiterhin wurden Poster in Englisch und Kisuaheli mit
vielen Bildern ausgearbeitet, so dass diese für Personen mit
unterschiedlichem Vorwissen geeignet waren.
Im Labor für Siedlungswasserwirtschaft der FH Lübeck, mit
der Versuchs- und Ausbildungskläranlage (VAK) Reinfeld
wurden verschiedene Prototypen von Wasserfiltern über einen
Zeitraum von ca. einem halben Jahr entwickelt, modifiziert
und getestet. Im Mittelpunkt stand die Beurteilung des Partikel- und Keimrückhaltes.
Ebenso wurde die Bauweise von Lehmkochstellen und Lehmöfen eingeübt. Dazu wurde ein erster Lehmofen in Warnkenhagen und eine Lehmkochstelle auf der VAK Reinfeld gebaut.
Auf diese Weise wurden die Materialeigenschaften und der
Umgang mit dem Baustoff Lehm erprobt und Techniken
entwickelt.
Abbildung 2: Anteil der verschiedenen Wasserstellenarten im Projektgebiet
[Krugmann, 2009]
Die Verbreitung von Krankheiten hängt stark von der Art der
Wasserentnahmestelle und der „Aufbereitung“ des Wassers ab.
Dabei haben das Abkochen und die Körperhygiene (Händewaschen) den stärksten Einfluss auf eine Verringerung der
Erkrankungen. Lediglich 2% Verbesserung wird durch das
ausschließliche Filtern des Wassers erzielt. Dies liegt jedoch
an den unzureichenden Filterarten wie Tücher oder Teesiebe
und verdeutlicht die Wichtigkeit der Aufklärung der Bevölkerung und zeigt auch das Potenzial einer Verbesserung durch
adäquate Filter.
Aus diesen Erkenntnissen entstand die Überlegung einer
„Basic Needs“ Kampagne zur Verbesserung der Grundbedürfnisse im Bereich der Siedlungshygiene, mit einem Schwerpunkt
im Bereich der Wasserversorgung. Als Zweitthema wurde
die Energieversorgung beschlossen, da hier ebenfalls erheb12
Fachhochschule Lübeck
Das von der Kirchenpartnerschaft eingeführte Solarlampenprojekt wies im Laufe der Jahre technische Mängel auf, die von den
afrikanischen Partnern nicht selbständig gelöst werden konnten. Deshalb wurde ein Lehrgang in Freilassing zur Reparatur,
Wartung und Pflege der verwendeten Solarlampe besucht, der
auch die Umrüstung auf ein einfacheres System beinhaltete.
Die notwendigen Teile wurden bestellt und verschifft.
Arbeiten vor Ort
Aufklärungsworkshop im Bereich Hygiene und Umweltschutz
Die Aufklärungsworkshops bildeten das Rückgrat der Kampagne, da im Zuge dieser auf die hygienischen Probleme der
Wasserversorgung hingewiesen wurde und der Wasserfilter als
eine mögliche Lösung vorgestellt wurde. Des Weiteren wurden
Umweltverschmutzung und Ressourcenverbrauch thematisiert
und im Zuge dessen die Lehmkochstelle als eine Möglichkeit
Ressourcen zu sparen und Rauchvergiftungen zu vermeiden
erläutert. Mit dem Workshop war Lea Hangkofer (Studentin
Umweltingenieurwesen) betraut. Sie hat diesen entwickelt und
vor Ort durchgeführt (Abbildung 3). Im Anschluss an den
Aufenthalt konnte Sie ihre Diplomarbeit mit dem Thema „Die
Sozialverträglichkeit der Technik im Bereich der Siedlungshygiene in der Region Mwanza (Tansania)“ dazu verfassen.
Der Workshop ist in drei Teile aufgeteilt. Er beginnt zunächst mit
der Hygieneschulung um auf die Gefahren bakterieller Verunreinigungen und deren Verbreitungspfade hinzuweisen sowie deren
Vermeidung darzustellen. Der zweite Teil befasst sich mit der
Umwelt und potenzieller Verschmutzungen und deren Auswirkungen auf beispielsweise das Trinkwasser und die Böden. Durch
Bewusstseinsbildung können so die Verhaltensweisen und die
dazu führenden Verschmutzungspfade aufgezeigt und durchbrochen werden. Im letzten Teil werden als mögliche Verbesserungen
schließlich der „Household Sandfilter“ (HSF) und die Lehmkochstelle vorgeschlagen, erläutert und deren Vorteile herausgestellt.
Wasserfilter (Household Sandfilter - HSF)
Nach vorherigen Untersuchungen und dem Aufbau verschiedener Prototypen in der VAK Reinfeld wurde ein favorisierter
Filteraufbau versucht in Tansania zur Umsetzung zu bringen.
Alexander Mey (Student Umweltingenieurwesen) hat diesen
Teil der Arbeiten betreut und durchgeführt und im Anschluss
seine Diplomarbeit mit dem Thema „Household Sandfilter und
Untersuchung von Konzepten zur Verbesserung der Verfügbarkeit von Brauch- und Trinkwasser in der Region Mwanza
(Tansania)“ geschrieben.
Die Teilnehmer konnten sich bei Interesse in eine Liste eintragen, so dass anschließend unter Anleitung ein Wasserfilter bzw.
eine Lehmkochstelle, nach eigener Materialbeschaffung, im
Selbstbau hergestellt werden konnte.
Abbildung 4: Bild eines der gemauerten Prototypen an der VAK und des ersten
Filters vor Ort in Tansania [Mey, 2012]
Abbildung 3: Durchführung des Workshops in einer Secondary School in
Kissessa und in Ikengele [Hangkofer, 2012]
Zu sehen sind in Abbildung 3 ein Workshop in einer Schule
und einer mit einer Gruppe Frauen im Dorf Ikengele. Frauen
wurden als die Hauptzielgruppe der Workshops erachtet,
da diese mit den häuslichen Arbeiten wie Kochen, Wasser
holen und Feuerholz sammeln betraut sind. Dadurch sind sie
besonders betroffen von den Wasserfiltern und den Kochstellen
und sind für das Wohl der Familie und deren Zusammenhalt verantwortlich. Insofern tragen die Frauen in Afrika die
Hauptverantwortung innerhalb der Familie und sind besonders
offen für Neuerungen und Verbesserungen. Doch auch Schulen
hatten einen besonderen Fokus in der Aufklärung. Dort konnte
durch die Fragen der Schüler auf deren Bedürfnisse eingegangen werden. Auffällig war, dass auf den Dörfern besonders
über Brunnenbau und die Kochstellen Fragen gestellt wurden
[Hangkofer, 2012].
In Abbildung 4 ist die gemauerte Version die auf der VAK
in Reinfeld getestet wurde dargestellt. Zu sehen ist dort die
Beschickung (links in Abb. 4) mit Hilfe eines Eimers. Es wurden der Zulauf und der Ablauf beprobt. Aus Materialien die
vor Ort in Mwanza verfügbar waren wurde ein Prototyp wie
ebenfalls in Abbildung 4 zu sehen aufgebaut. Dieses Modell
galt als Vorführobjekt (rechts in Abb. 4) und wurde im Zuge
des Workshops gezeigt. Der Filter wurde an der Schule in Ikengele aufgestellt und wurde dort von den Schülern genutzt.
In Tabelle 1 sind die Ergebnisse dreier gemauerter Filter zu
sehen. Im Durchschnitt werden dort ein Viertel der E.Coli
Keime zurückgehalten und 62% der der Enterokokken.
Die Trübung ist durchgehend niedrig.
Tabelle 1: Rückhalt von E.Coli und Enterokokken dreier gemauerter Sandfilter
sowie Trübung im Ablauf und deren Durchfluss [Mey, 2012]
Aus den beschriebenen Ergebnissen und den Erfahrungen
aus Tansania aus 2011 lassen sich einige Schlüsse ziehen. In
Verbindung mit der Aufbereitung nach SODIS (solare Wasserdesinfektion) [sodis.ch, 2013] könnten die Filter die Vorreinigung darstellen. Aufgrund der nicht unerheblichen InvesFachhochschule Lübeck
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titionskosten von umgerechnet ca. 25 € (durchschnittliches
Monatseinkommen in Tansania) für einen 60 Liter Sandfilter
mit Hahn und Sand müsste eine Zentrale Lösung angestrebt
werden, die zum einen die Investitionskosten für den Einzelnen reduzieren würde und die Filterfläche vergrößern
würde. Dadurch könnten die Reinigungsleistungen vermutlich
deutlich erhöht werden. Noch ausstehend ist eine hydraulische
Beurteilung der Versuchsergebnisse, die Aussagen über die
Belastung und Durchflussgeschwindigkeit und letztendlich der
Aufenthaltszeit zulassen. Nur so können die Ergebnisse verallgemeinert und mit anderen verglichen werden.
Eine andere Möglichkeit wäre die ausschließliche Behandlung
des Wassers durch UV Strahlen der Sonne in Plastikflaschen
(SODIS). Hier ergeben sich jedoch neue Probleme, die ebenfalls kritisch geprüft werden sollten. So gilt es zu erforschen ob
Weichmacher oder andere Stoffe aus dem Plastik gelöst werden
können und was die Langzeitwirkungen für den Menschen
sind. Dieses sind Beispielsweise Phtalate oder Flammschutzmittel, die teilweise hormonähnliche Wirkungen haben.
Zudem wird durch die UV Strahlen lediglich eine Inaktivierung der Keime bewirkt, so dass diese nach wie vor im Wasser
zu finden sind. Bezogen auf DEHA und DEHP ist die Herkunft
der PET Flaschen von größerer Bedeutung auf die Konzentration der Stoffe im Wasser, als das Aussetzen der Flasche
dem Sonnenlicht [Schmid et al., 2008]. Demnach ist auf diese
Stoffe bezogen eine Unterschreitung der Grenzwerte der WHO
gegeben und gilt als sicher. Dies schließt allerdings die additive Wirkung anderer in der Flasche enthaltenen Stoffe aus. In
Indonesien Beispielsweise wird auf Plastikflaschen darauf hingewiesen, diese nicht direktem Sonnenlicht auszusetzen. Auch
wenn die Langzeitfolgen noch nicht geklärt sind und diese
nicht untersucht wurden, so werden PET Flaschen als hervorragende Gefäße zur Aufbewahrung von Wasser und anderen
Getränken erklärt und die Stoffe die durch die UV Strahlung
aus den PET Flaschen gelöst werden sollen nur außen zu
finden sein [Wegelin et al., 2001]. Und das Sonnenlicht könnte
eine beschleunigende Wirkung auf die Lösung von Stoffen aus
den Flaschen in das Wasser haben [Wegelin et al., 2001].
Generell sollte gelten, dass man nur solches Wasser zur Verfügung stellt, was man selber trinken würde. Damit bleibt in den
meisten Fällen nur Brunnenwasser als Alternative. Vor diesem
Hintergrund ist auch die Erkundung der Wasserressourcen
(3.5) zu verstehen.
Lehmkochstellen und Lehmöfen
Laut der WHO [who.int, 2013] stellen Rauchvergiftungen
durch das Kochen auf offenem Feuer das fünfthöchste Risiko
für die Sterblichkeit in Entwicklungsländern dar. Nach
Schätzungen sterben jährlich zwei Millionen Menschen an
14
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den Folgen, vornehmlich Frauen und Kinder, die diese beim
Kochen tragen [Art. Süddeutsche, 2011]. Neben den Gesundheitsproblemen ergibt sich aus dem traditionellen Dreisteinfeuer und der Nutzung von Holz oder Holzkohle aber auch ein
Ressourcenproblem, da durch den ineffizienten Verbrauch des
Brennstoffes (sehr hohe Strahlungsverluste) Umwelt und Klima
gleichermaßen beeinflusst werden.
Im Rahmen des Projektzeitraumes wurde den Menschen in
der Region Mwanza aufgezeigt, wie man mit einfachen Mitteln
eine Lehmkochstelle inklusive einem kleinen Schornstein baut.
Da die Vorteile der Lehmkochstelle offensichtlich sind, haben
insbesondere die Bewohner der Dörfer diese neue Methode zu
kochen sehr positiv aufgenommen.
Wie der Name schon sagt, wird die Lehmkochstelle hauptsächlich aus Lehm gebaut. Weitere Baumaterialien sind Sand, Wasser und einige Lehmsteine oder Ziegel. Somit sind die benötigten Materialien sehr günstig und für viele Menschen leicht
verfügbar. Der eigentliche Bau der Lehmkochstelle dauert, je
nach Lufttemperatur bzw. Dauer der Trocknungsphase, 1-3
Tage. Danach ist es möglich zwei Töpfe gleichzeitig mit einem
Feuer zu nutzen. Vorne, über dem Feuer, steht der erste Topf,
etwas weiter dahinter steht der zweite Topf, der mit Hilfe eines
Umlenksteines mit genügend Hitze versorgt wird. Der Rauch
wird durch den Schornstein abgeleitet. Die Töpfe sind mit
Lehm umschlossen, so dass nur sehr wenig Rauch innerhalb
des Raumes entstehen kann. Auch wird ein Stein zum verschließen des Feuerlochs verwendet um die Hitze zu speichern
bzw. den Rauch nur in den Schornstein abzuleiten.
Abbildung 5: links: fertige Lehmkochstelle, rechts: Lehmschornstein mit
Blechdach [Osten, 2012]
Durch diese simple Bauart einer Kochstelle ist den Dorfbewohnern eine gute Alternative zur herkömmlichen Kochweise
aufgezeigt worden. Mit Hilfe der Lehmkochstelle entsteht kein
Rauch mehr innerhalb der Häuser, was eine bessere Gesundheit insbesondere der Kinder und Frauen gewährleistet ist.
Zudem sparen die Menschen ca. 50% Feuerholz, da die Lehmkochstelle effektiver ist als das traditionelle Dreisteinfeuer.
Im Laufe der Projektzeit wurde auch der Schüler Mkama aus
Ikengele intensiver als andere Dorfbewohner ausgebildet um
die Lehmkochstelle eigenständig bei Familien der Region
bauen zu können. Er erwies sich als geschickter Handwerker
und verbreitete das Wissen für den Bau einer Lehmkochstelle
kontinuierlich und selbstständig.
Innerhalb der Projektzeit wurden mehr als 50 Lehmkochstellen
gemeinsam mit den jeweiligen Familien gebaut. Auf Grund der
hohen Akzeptanz der Dorfbewohner ist anzunehmen, dass die
Lehmkochstelle zukünftig weiter genutzt und somit gut in die
Gesellschaft integriert wird.
In Abbildung 7 sind die beiden Systeme im Vergleich zu sehen.
Deutlich wird, dass anstatt der zwei Platinen beim alten System
lediglich eine Platine beim neuen System verbaut wird. Die
LED, die beim neuen System zum Einsatz kommt, benötigt
anstelle von vier Akkus, lediglich drei. Auch kann auf diese
Weise auf eine Energiesparlampe verzichtet werden was eine
weitere Reduktion von Problemabfall bedeutet. Die Anschlüsse
zu dem Panel und der Knopf sind bei beiden Systemen identisch und konnten, soweit vorhanden und noch intakt, wieder
verwendet werden.
Solarworkshop
Der Solarworkshop wurde bereits 2005 im Rahmen der Kirchenpartnerschaft ins Leben gerufen. Es wurden 120 Lampen
mit den dazugehörigen Panelen nach Tansania verschifft, dort
zusammengebaut, verteilt und in Betrieb genommen. Das System sollte sich durch monatliche Mieteinnahmen selber tragen
und sogar einen Überschuss erwirtschaften, der es ermöglichen
sollte, Ersatzteile bzw. neue Lampen aus Deutschland zu bestellen. Dazu wurden eine Technikerin und ein Techniker berufen,
die im Falle eines Schadens die Lampen reparieren sollten.
Durch zum Teil falsche Handhabung und hohe Beanspruchung
wurden die Akkus der Lampen teilweise überhitzt, so dass Batteriesäure die Platinen verätzt hatte und dadurch die Lampen
nicht mehr funktionierten (siehe Abbildung 6). Leider wurde
es versäumt Ersatzteile zu bestellen, so dass das Projekt weitestgehend still stand. In der Zwischenzeit gab es einige Weiterentwicklungen der Lampe, so dass nun im Zuge der Kampagne
die alten Lampen zunächst gesichtet werden sollten, die noch
funktionierenden Teile recycelt wurden und schließlich aufs
neue System umgerüstet wurden.
Abbildung 7: Vergleich zwischen dem neunen und dem alten System der
Solarlampen
Insgesamt konnten 90 Lampen umgerüstet werden und 10 alte
Lampen wurden mit neuen Akkus ausgerüstet und blieben als
altes System im Umlauf. Aufgrund von regelmäßigen Stromausfällen konnten nicht alle Lampen in dem angedachten
Zeitraum funktionsfähig zusammengesetzt werden. Hinzu
kam, dass einige Ersatzteile nachbestellt werden mussten, da
nicht alle Schalter und Anschlüsse vorhanden waren oder
teilweise nicht mehr zu gebrauchen waren. In Abbildung 8 sind
die Arbeiten exemplarisch dargestellt. Ganz links sind die verantwortlichen Frauen Jane und Grace zu sehen. Beide wurden
bereits 2005 angelernt zusammen mit einem weiteren Mann,
der allerdings nicht mehr mit dabei ist. Es wurde eine weitere
Verantwortliche gesucht und gefunden, die bereits während des
Umbaus der Lampen angelernt wurde, so dass sie bei späteren
Reparaturen mit helfen konnte.
Abbildung 8: Arbeiten im Solarworkshop in Igoma
Abbildung 6: Schäden an den Platinen der Lampen durch Batteriesäure
Aus den Erfahrungen mit den auslaufenden Batterien und
der Beschädigung der Platinen wurden sog. „Handling Rules“
entworfen und auf die Lampen geklebt (Abbildung 9) um den
korrekten Umgang mit den Lampen zu gewährleisten und
Fachhochschule Lübeck
15
gleichzeitig sicher zu gehen, dass die Mieten gezahlt werden
solange die Lampe nicht als defekt gemeldet oder zurückgebracht wird. Diese besagen im Einzelnen:
•
•
•
•
•
Die Lampe nicht kopfüber hängen
Die Lampe nicht öffnen
Die Lampe während des Ladens in den Schatten stellen
Wenn die Lampe nicht mehr funktioniert, ist diese wieder
zurück an den Solarworkshop zu geben
Solange die Lampe nicht an den Solarworkshop zurück
geht, wird diese als funktionsfähig betrachtet und die
Miete muss gezahlt werden
Abbildung 9: Solarlampe mit Handling Rules auf Kisuaheli
Erkundung der Wasserressourcen
Aufgrund der negativen Erfahrungen des Wasserfilters wurde
bereits vor Ort eine Alternative in der Wasserversorgung
diskutiert. Dabei stellte sich heraus, dass trotz höherer Investitionskosten eine Verdichtung des Brunnennetzes die sicherste
Variante darstellt, allen Abnehmern hygienisch einwandfreies
Wasser bereit zu stellen. Da bereits kontaminiertes Oberflächenwasser kaum mit den zur Verfügung stehenden technischen Mitteln so gereinigt werden kann, dass eine sichere
Wasserversorgung damit möglich wäre.
Mit einer jährlichen Niederschlagsmenge von 1500 mm ist die
Grundwasserneubildung in den dünn besiedelten ländlichen
Gebieten im Osten von Mwanza so ergiebig, dass auch zusätzliche Brunnen damit versorgt werden können. Zusätzliche Informationen aus dem Einzugsgebiet waren erforderlich, um diese
Annahme zu bestätigen. Die Erkundung der Wasserressourcen
umfasste deshalb die Kartierung der vorhandenen Brunnen
per GPS sowie gleichzeitig die Überprüfung von Funktionsfähigkeit und Zustand. Auf diese Weise konnten auch potenziell
unterversorgte Gebiete identifiziert werden. Bei einigen Brunnen stellte sich heraus, dass diese in der Trockenzeit trocken
fallen und die Bevölkerung dann wieder auf die kontaminier16
Fachhochschule Lübeck
ten Wasserlöcher ausweichen muss. Zusätzlich wurden neue
potenzielle Stellen identifiziert, indem mit einer Wünschelrute
und gleichzeitiger Orientierung an markanten Hinweisen wie
Termitenhügel und großen Bäumen das Gebiet abgegangen
wurde. Auch diese Punkte wurden per GPS erfasst und dienen
für spätere geoelektrische Untersuchungen als Grundlage bzw.
Orientierung.
In seiner Bachelorarbeit mit dem Thema „Optimierung der
Wasserversorgung in der ländlichen Region Mwanza (Tansania) basierend auf Fernerkundungsdaten“ hat Jan Osten
(Student Bauingenieurwesen) basierend auf der Topographie,
des Klimas und der sozialen Struktur der Bevölkerung der
ländlichen Region Mwanza, eine umfassende Analyse des
Untersuchungsgebietes durchgeführt. Der Istzustand der
Wasserversorgung wird mit der Dokumentation vor Ort und
Fernerkundungsdaten erfasst. Die Abschätzung der Wasserressourcen erfolgt mit Hilfe einer Berechnung bezogen auf
eine tägliche Niederschlags-Simulation und einer Softwareberechnung durch das Programm „Quantum GIS 1.8.0“. Die sich
ergebene Wasserbilanz zeigt deutlich, dass die Grundwasserneubildung derzeit ausreichend für eine optimierte dezentrale
Wasserversorgung ist, hierfür werden Vorschläge erörtert. Des
Weiteren werden die Möglichkeiten verschiedener Grundwasserverschmutzungen insbesondere durch anthropogene Einflüsse beschrieben und Optimierungsvorschläge unterbreitet.
Der momentane Stand der Wasserversorgung in der ländlichen
Region Mwanza ist mangelhaft. Die anthropogenen Einflüsse
auf die Umwelt sind gravierend und müssen ebenso Beachtung
finden wie eine Verbesserung der Versorgung im Allgemeinen.
Die Grundwasserneubildung ist ausreichend um die Bevölkerung langfristig mit ausreichend Wasser zu versorgen, sofern
die Erschließung ausgebaut wird. Zusätzlich müssen dringend
die negativen Umwelteinflüsse beseitigt werden, um die Qualität des Grundwassers nicht dauerhaft zu gefährden.
Fazit und Ausblick
In einer ersten Erkundung wurden 2009 die Defizite der Grundbedürfnisse im Bereich der Siedlungshygiene offensichtlich. Mit
einem Schwerpunkt im Bereich der Wasserversorgung und der
Energieversorgung wurde in einer Kampagne in 2011 versucht
die Befriedigung der Grundbedürfnisse in den östlichen Vororten von Mwanza, Tansania zu verbessern. Zaghafte Ansätze zur
Selbsthilfe konnten erkannt werden (Lehmkochstellen). Doch
nur durch immer wieder kehrende Einsätze mit einem großen
Schwerpunkt auf der Aufklärung und Schulung kann langfristig
eine Verbesserung der Basic Needs erreicht werden.
Die durch die zurückliegende Kampagne jeweils versucht
wurde verbessert zu werden, ergeben sich für folgende Kampagnen eine Vielzahl weiterer Ansatzpunkte. Dabei ist klar, dass
durch eine Kampagne nicht alle Probleme hinreichend gelöst
werden können und dass insofern die schon angeschobenen
Verbesserungen in Zukunft weiter verfolgt werden müssen und
die Themenfelder beispielsweise auf die sanitäre Versorgung
ausgeweitet werden sollten. Dabei spielt der Wissenstransfer immer eine zentrale Rolle und ist der Kern einer jeden
Kampagne. Nur so lässt sich auf Dauer eine selbstständige und
nachhaltige Entwicklung und Verbesserung der Grundbedürfnisse erzielen.
Ein Schwerpunkt wird zukünftig auf der Kooperation mit den
Schulen liegen, da die Schüler von zukünftigen Entwicklungen
betroffen sein werden und diese auch aktiv mitgestalten können und sollen. So sollen an den Schulen Beispielprojekte bzw.
Maßnahmen zu den Themen Lehmkochstellen, Solarlampen,
Ecosan Latrinen etc. eingerichtet werden, um über die Schüler
auch die Familien zu erreichen.
Basierend auf der Erkundung der Wasserressourcen und der
Bachelorarbeit von Jan Osten können Brunnen in den Dörfern
gebohrt und installiert werden, in denen der Mangel an sauberem Trinkwasser am größten ist. Um den Grundwasserschutz
auf den Dörfern zu verbessern, ist es notwendig Aufklärungsarbeit zu leisten und den Menschen somit die Möglichkeit zu
geben ihre Umwelt besser zu behandeln.
Unser Dank für die Unterstützung der Kampagne Basic Needs
Kampagne 2011 gilt der Tansaniagruppe der Luther-Melanchthon Kirchengemeinde zu Lübeck, dem Soroptimist International Club Ratzeburg, der FH Lübeck sowie Herrn Karl Decker
(Lehmbau) und Herrn Siegfried Popp (Solarlampen).
Literatur
Artikel in der Süddeutschen Zeitung, „Tod in der Küche Millionen Menschen sterben an den Folgen offener Herdfeuer“,
am 14.10.2011
Hangkofer, L., „Die Sozialverträglichkeit der Technik im Bereich
der Siedlungshygiene in der Region Mwanza (Tansania)“,
Diplomarbeit FH Lübeck, 2012
Mey, A., „Household Sandfilter und Untersuchung von Konzepte
zur Verbesserung der Verfügbarkeit von Brauch- und Trinkwasser in der Region Mwanza (Tansania)“,
Diplomarbeit FH Lübeck 2012
Osten., J., „Optimierung der Wasserversorgung in der ländlichen
Region Mwanza (Tansania) basierend auf Fernerkundungsdaten“,
Bachelorarbeit FH Lübeck, 2012
Schmid, P., Kohler, M., Meierhofer, R., Luzi, S., Wegelin, M.,
„Does the reuse of PET bottles during water solar disinfection
pose a health risk due to the migration of plasticisers and other
chemicals into the water?”, Water Research 42, IWA Publishing,
Elsevier Ltd, 2008
http://www.sodis.ch/methode/index, besucht im März 2013
Wegelin, M., Canonica, S., Alder, A. C., Marazuela, D., Suter,
M. J.-F., Bucheli, Th. D., Haeflinger, O.P., Zenobi, R., McGuigan, K. G., Kelly, M. T., Ibrahim, P., Larroque, M., „Does
sunlight change the material and content of polyethylene terephthalate (PET) bottles?”, Journal of Water Supply: Research and
Technology – AQUA, 50.3, IWA Publishing, 2001
http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs292/en/index.html
besucht im Januar 2013.
Kontakt
M.Eng., Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Schlauß
Fachhochschule Lübeck
Labor für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik
Mönkhofer Weg 239
23562 Lübeck
Gebäude 14, Raum 2.24
Telefon: 0451 300-5144
e-mail: sebastian.schlauss@fh-luebeck.de
www.siwawi.fh-luebeck.de
www.partnerschaft-igoma-luebeck.de
Krugmann, M., „Grundbedürfnisse im Bereich der Siedlungshygiene im Großraum Mwanza (Tansania), am Beispiel des
Stadtrandbezirkes Igoma und dreier Vorort -Dörfer“,
Masterarbeit FH Lübeck, 2009
Malik, K., et al., „The human development report 2013, the rise
of the south: human progress in a diverse world”,
UNDP, ISBN 978-92-1-126340-4, New York, 2013
Fachhochschule Lübeck
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Microbiological Analysis of Rainwater and the outflow of Reverse
Osmosis as Drinking Water in the Build Now building
Wang Yufeng1, Sebastian SchlauSS2, Ivonne Stresius2, Matthias Grottker2
School of Resources and Environmental Engineering,
East China University of Science and Technology
1
Laboratory for Urban Water and Waste Management,
Luebeck University of Applied Sciences
2
Abstract
The “Build-Now!” building and Architecture, as an autonomous
building, is a project of the Department of Civil Engineering of
the University of Applied Sciences Luebeck. The main technology difficulties are the energy self-sufficiency and the water
self-sufficiency. This study is focused on the produce of drinking
water from the rainwater. Coliform, E.coli and Enterococci
have been chosen as microbiological indicators. The test of
rainwater showed that the rainwater contained a lot of bacteria,
which exceed the demand of the drinking water standards. After
the Reverse Osmosis (RO), the amount of bacteria decreased
significantly. Most Probable Numbers (MPN) are mostly less
than 1 mpn/100mL.So the RO can be an appropriate way to filter
rainwater to drinking water.
Key Words: autonomous building, autonomous drinking water
supply, rainwater harvesting, reverse osmosis (RO), hygiene,
bacteria, microbiological analysis of drinking water, Coliform,
E.coli, Enterococci
1 Introduction
1.1Autonomous building
An autonomous building is a building designed to be operated
independently from infrastructural support services such as the
electric power grid, gas grid, municipal water systems, sewage
treatment systems, storm drains, communication services, and
in some cases, public roads.
Autonomous buildings can increase security and reduce environmental impacts by using on-site resources (such as sunlight
and rain) that would otherwise be wasted. Autonomy often
dramatically reduces the costs and impacts of networks that
serve the building, because autonomy short-circuits the multiplying inefficiencies of collecting and transporting resources.
Other impacted resources, such as oil reserves and the retention of the local watershed, can often be cheaply conserved by
thoughtful designs. They are usually energy-efficient in operation, and therefore cost-efficient, for the obvious reason that
smaller energy needs are easier to be satisfied off-grid. However, they may substitute energy production or other techniques
18
Fachhochschule Lübeck
to avoid diminishing returns in extreme conservation.
The British architects Brenda and Robert Vale have said in 2002
that, „It is quite possible in all parts of Australia to construct a
“house with no bills”, which would be comfortable without heating and cooling, which would make its own electricity, collect
its own water and deal with its own waste. These houses can be
built now, using off-the-shelf techniques. It is possible to build a
„house with no bills“ for the same price as a conventional house,
but it would be (25%) smaller.“
Actually, independence is a matter of degree. Complete independence is very hard or impossible to attain. For example,
eliminating dependence on the electrical grid is relatively simple
but growing all necessary food is a more demanding and timeconsuming proposition.
Otherwise, living in an autonomous shelter can require one to
make sacrifices in one‘s lifestyle choices, personal behavior, and
social expectations. Even the most comfortable and technologically advanced autonomous houses may require some differences in behavior. Some people adjust easily; others describe
the experience as inconvenient, irritating, isolating, or even as
an unwanted full-time job. A well-designed building can reduce
this issue, but usually at the expense of reduced autonomy.[]
Mullhall and Braungart have established criteria for the built
environment and have set standard and defined principles
for a cradle-to-cradle (c2c) building. These are; waste is food,
which means that every resource is a nutrient for something
else, use solar income, which means energy that can be renewed should be used and finally pay attention to diversity, which
can be in species, culture and in innovative diversity. These
priciples define two metabolism cycles, the biosphere cycle and
the technosphere cycle. Thus “a c2c building contains defined
elements that add value and celebrate innovation and enjoyment
by: measurably enhancing the quality of materials, biodiversity, air and water; being deconstructable and recyclable, and
performing diverse practical and life-enhancing functions for its
stakeholders”.
1.2 “Build-Now!” building
The “Build-Now!” building and Architecture, as an autonomous
building, is a project of the Department of Civil Engineering of
the University of Applied Sciences Luebeck. It is aimed to combine the test of new teaching methods with researches of new
construction technologies. The major part is to let the students
plan, design and build, in order to develop a real building for
using and research purposes. By taking the competition, the first
prize will be set up for implementation. The Possehl Stiftung
and money from the Hochschulpakt budget for the staff finance
the project until now. It is planned to have partners from the
industry who will contribute materials and money as well as
other foundations and charitable institutions. Other money will
be taken into efforts of construction and technologies.
The major body of the building measures approximately 20 m
× 10 m, rectangular shaped with a 15° slope shed roof. There
is also a layer of cover on the roof which function is to provide
shading, protect from the weather and also play as a buffer for
heat losses occurring throughout the seasons. Colored glass is
chosen here because of the same color and materiality in terms
of photovoltaic modules for the homogeneity requirement between the roof and wall material.
The materials are opted according to the criteria of sustainability
and recyclability. Inside, there are again wood and clay products,
which influence the living environment positively.
1.3 Composition of the water system
In the Build Now building, the water system is consisted of three
major parts, as Figure 1 shows. Firstly, it is the water collection procedure. Without any additional water support, all of
the water sources come from the rainwater and the roof is the
catchment area. Next step is water consumption of the building.
The water can be used not only for common daily life like toilet
flushing and hand washing but also as examples of water treatment process teaching and experiment research. In the dimensioning, the objective is to achieve the maximum consumption
and response to the worse and unexpected condition well.
The water usage is followed by wastewater treatment and disposal. Wastewater after treatment will be re-used in the toilet to
cover the water cycle. The remaining water will be feed in the
infiltration depression decorated as greening with the overflow
rainwater. Moreover, sludge coming out from the wastewater
treatment process will be used as fertilizer or fermentation after
being fermented. There will be various specific rooms for clear
vision of all these processes.
The technologies here of the building will be visible in order to
give direct impression to the students. A sculptural-shaped roof
is placed at the entrance and provides shading and conditioning
for the building.
The energy production is only realized and maintained by
renewable energies. Photovoltaic panels will be placed on the
roof plan. Wind power is used for the outdoor lighting, which
are operated by small wind turbines visible and will be the
second renewable energy resource used for the energy supply of
the building. Storage techniques are used to store the possible
additional energy for the night, cloudy days and winter. To still
be able to save enough for a few hours of sun energy (e.g. in
winter), additionally, hydrogen-metal hydride storage is used. In
summer, the excess energy will be feed in the hydrogen-metal
hydride storage for seasonal storage and a battery is used for
short-term shortages (e.g. night).
Besides, of the energy self-sufficiency the water self-sufficiency
in the building will be achieved. Rainwater will be collected
through a roof area of 250 m2. It is important to ensure that
the materials are suitable for drinking water. On the roof of the
building, the photovoltaic panels are placed. While dimensioning, the glass material of the panel cover is considered. By the
purification process and the reverse osmosis, drinking water
for the “Build-Now!” building can be generated. The produced
water will then become the recirculating water as domestic water
and then be disposed to the infiltration trough and led back into
the natural cycle.
Figure 1 Water System in ‘Building Now’
1.4 Microbiological monitoring
Generally, rainwater is considered clean. In addition, after the
membrane filter, most of particles have been removed. The most
concerned is the problem of bacteria. Rainwater is usually harvested from a roof catchment area. This catchment area is open
to the environment and can be accessed by birds, insects and
animals. Droppings from birds may contain pathogenic microorganisms, which are harmful to health when ingested. Thermo
tolerant coliforms and Escherichia coli have been commonly
identified in domestic tanks.
In this study, most attention is taken on the microbiological test
of the drinking water made by reverse osmosis. The resource of
drinking water is the key part to guarantee the water supply to
the building.
Fachhochschule Lübeck
19
2 Experimental Methodology
2.1 rain water
Talking about water, rainwater is a very good resource to be
captured and utilized for daily human life. It is one of the most
important components of the fresh water on earth. Unlike other
water resources, rainwater takes great advantages in quality
and quantity. Even the subsequent collection and treatment is
relatively simple compared with the commonly used technique
of using drains.
Rainwater utilization is not only a new and sustainable method
instead of consuming other precious water resources, but also
makes huge impacts on improving the ecological environment
and managing the worldwide water shortages. Rainwater will be
used mainly in two circumstances. One is infiltration back to the
ground to supplement the groundwater, while the other one is
domestic usages like toilet flushing, clothes washing for example.
With better purification and mineralization methods, rainwater
can be used as drinking water.
2.2 collection roof and storage tank
Considering against rust and the leaching of metals from roof,
a typical metal collection roof is made of aluminum. Another
choice is steel and gives a coating for protection. Based on the
test result, a traditional paint or a powder-coated dry paint
system can extremely reduce the leachate and rust risk , the
smooth coated-metal roofs are not just safe, but among the best
choices of roofing materials for collecting potable water. This
does not mean a rough surface roof is not suitable for a rainfallcollection system. Since roofs are apt to have nearly everything
from environment around onto them, rough surface can give a
place to settle and let the rain or wind remove debris, which can
release the pressure on filter. In our case, the roof of „BuildNow!” building represents a 15º slope shed roof with the cover
of photovoltaic modules with a glass surface.
The storage tank is a significant guarantee to achieve collecting
and utilizing rainwater effectively. It not only plays the role of
roofing rainwater collection, but also has the ability of adjustment and precipitation. The particles and contaminants can
settle down at the bottom of the storage tank.
2.3 Reverse Osmosis
Membrane filtration is one of the alternatives of the purification
methods. Membrane filtration mechanism is to apply a pressure,
which forces the water through a layer of material to achieve
the purification process. Microfiltration, ultrafiltration, Nano
filtration and reverse osmosis are included in the pressurized
membrane technologies. Reverse osmosis is used here.
Reverse Osmosis (RO) is widely used today in the worldwide
area. The particles can be removed until the size of 0.001
20
Fachhochschule Lübeck
microns. Natural organics, pesticides, bacteria and viruses removal can be all taken into consideration.
As in the rainwater system because of high concentration of pollutants, the incoming rainwater is driven through the membrane
by applying pressure. After passing through the membrane, large
molecules and ions are left over on the membrane and permeat
goes out.
Figure 2 is the picture of RO used in the experiment. The RO has
five steps:1st step, Sediment filter; 2nd step, activated coal filter
0,8 µm and germ bar 0,1µm; 3rd step, RO membrane 300 GPD;
4th step, mineralization; 5th step, activated coal filter 0,8 µm and
germ bar 0,1µm.
Figure 2 Reverse Osmosis used in the experiment
2.4 Water Quality Analysis
According to the Council Directive 98/83/EC, the tests of
Coliform, E.coli, and Enterococci in the drinking water as
microbiological parameters must be analysed and the thresholds
must be met. The parametric values are listed in the table.
Parameter
Parametric value (cfu/100ml)
Coliform bacteria
0
Escherichia coli (E. coli)
0
Enterococci
0
Table 1 Microbiological parameters
IDEXX’s patented Defined Substrate Technology (DST) is used
in the experiment. Colilert-18 Test Kit is for Coliform and
E.coli. Enterolert-DW Test Kit is for Enterococci. The QuantiTray Procedure include: 1) add contests of one pack to a 100mL
water sample in a sterile vessel 2) cap vessel and shake until
dissolved, 3) pour sample mixture into a Quanti-Tray/2000 and
seal with a Idexx Quanti-Tray Sealer, 4) place the sealed tray in
a 44.5±0.2ºС incubator for 18 hour for Coliform and E.coli or
a 41±0.5ºС incubator for 24 hours for Enterococci and 5),read
results according to the Result Interpretation table.
3 Results and Discussion
3.1 Test for the rainwater
Samples on different days were taken from the storage tank. The
amount of Coliform, E.coli and Enterococci were counted. In
Figure 3, the results are shown.
Figure 5 Concentration of E.coli in rainwater and outflow of RO
Together with the peak of E.coli and Coliforms the concentration of Enterococci is also increasing, although in lower
concentrations than the first two mentioned.
Figure 3 Concentration of the Indicated Bacteria
The lowest concentration of the Coliform, E.coli and Enterococci is respectively 14.8 MPN/100ml, 7.5 MPN/100ml and 1
MPN/100ml.This is far beyond the standard.
3.2 Reverse Osmosis for rainwater
This test had been carried out for more than two months. Each
day the rainwater and the outflow of Reverse Osmosis were
tested on the same time, to evaluate the result of RO. The microbiological indicators are Coliform, E.coli and Enterococci. The
Figure 3, Figure 4 and Figure 5 show the results.
Figure 4 Concentration of Coliform in rainwater and outflow of RO
The graphs of Figure 4 and 4 have very similar behavior over
the time. This leads to the conclusion that the coliforms are only
consisting of E.coli in the beginning. This change over the time
and can be seen in Figure 9.
Figure 6 Concentration of Enterococci in rainwater and outflow of RO
From the figures, the results show that the amount of bacteria in the rainwater changed day by day, but the outflows of
RO remained stable. For all the samples, the Most Probable
Numbers (MPN) of these three bacteria in the outflow of
RO were lower than 1 mpn/100ml, except that the amount of
Enterococci in the outflow of RO in the twelfth sample was
1 mpn/100ml. Therefore, after the membrane filter, bacteria
could be removed effectively.
The water quality change in the rainwater was caused by several
reasons. The natural sedimentation in the storage tank had a
purifying effect on the rainwater, which had a decreasing effect
on the concentrations from the 4th to the 13th samples. The
increasing concentration of the bacteria resulted from the fresh
rainwater coming into the storage tank.
3.3 Simulated water consumption in “building now”
To make the test more close to the real water consumption in the
daily life, the simulated experiment was conducted. Every day the
RO started to work at 9:30 am for 2 hours. After a break of half
an hour, RO worked again. Figure 6 shows the time schedule. The
samples were taken at 9:30, 10:30, 11:30, 12:00, 13:00 and 14:00.
Fachhochschule Lübeck
21
3.4 The changes of bacteria in the storage tank
There were some changes among bacteria as the rainwater
remained in the tank longer and longer. Figure 9 shows that
the percentage of E.coli in the Coliform increased as the total
amount of Coliform decreased. Without the mixing with fresh
rainwater, the amount of bacteria would decrease day by day
because of natural sedimentation. E.coli had more vitality to
survive, so the percentage could increase, but the total amount
decreased.
Figure 7 Time schedule of water consumption
The experiment has been conducted for 5 days. From the Figure
7, the first samples of each day may have more than 1 mpn/100ml
of bacteria. After that, the bacteria were less than 1 mpn/100ml.
The first sample may gather the water which remained in the
water pipe for long time. So the bacteria may generate in the
water pipe. Except that, the outflow of RO was very clear. Table 2
showed the test of the bacteria in the rainwater conducted in the
meantime.
Figure 9 The change of percentage of E.coli
4 Conclusion
The tests of rainwater and outflow of RO give an overview whether this method is suitable or not to produce drinking water. In
this study various treatment were conducted, and the results are
summarized below:
•
Although rainwater is relatively clean as a source of safe
drinking water, the lowest value of the Coliform, E.coli and
Enterococci in the test is respectively 14.8 mpn /100ml,
7.5 mpn /100ml and 1 mpn /100ml, which is still very
high and does not meet the thresholds for drinking water
showed in Table 1
•
For all the samples, the Most Probable Number of these
three bacteria in the outflow of RO was basically lower
than 1 mpn /100ml. The outflows of RO remained stable
during the sampling period.
•
The simulated experiment shows that the first samples of
each day may have more than 1 mpn /100ml of bacteria.
After that, the bacteria were less than 1 mpn /100ml.
•
The percentage of E.coli in all the Coliform increased whereas the total amount of Coliform decreased because E.coli
had more vitality to survive.
Figure 8 Concentration of bacteria in simulated test of the outflow of RO
In Table 2 the associated concentration of the rain water is shown.
It is obvious that for low concentrations in the rain water the effect
of stagnation in the pipes has an bigger impact on the outflow concentration than the rain water itself. But it is also clear that higher
concentrations in the rain water will not be found in the outflow.
Time(day)
Coliform
(MPN
/100ml)
E.coli (MPN
/100ml)
Enterococci
(MPN/100ml)
1
<1
<1
3.1
2
1
1
2
3
<1
<1
2
4
3.1
3.1
1
5
6.3
4.1
4.1
Table 2 Concentration of bacteria in the rainwater
22
Fachhochschule Lübeck
As rainwater is relatively clean, the collection and storage are
simple, it is a good water source. From the conclusion of this
study, it can be known that the bacteria are largely removed in
the outflow of RO. It is feasible to produce drinking water from
rainwater using RO for the build-now building.
king and Arsenic Contaminated Water in Bangladesh [J]. Water
Resour Manage, 2010, 24:3987–4008.
5 Reference
(7) The Council of the European Union. On the Quality of Water
Intended for Human Consumption[Z].1998-11-03
(1) Vale, Brenda and Robert. The New Autonomous House.
London: Thames & Hudson Ltd, 2000
(2) http://en.wikipedia.org/wiki/Autonomous_building
(3) Mullhall, Douglas, Braungart, Michael, Cradle to Cradle
Criteria for the built einvironment, The Netherlands 2010.
(4) BUILDNOW! - “Neue Wege in Lehrform & Forschung”
(5) Ye Yuan, Dimension of the Decentralized Water System of
“Build-Now!” Building. Luebeck: Fach Hochschule luebeck
University of Applied Sciences, 2012.
(6) Md. Manzurul Islam·F. N.-F. Chou·M. R. Kabir·C.-H. Liaw.
Rainwater: A Potential Alternative Source for Scarce Safe Drin-
Contact:
M.Eng., Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Schlauß
Department of Civil Engineering
Laboratory for Urban Water and Waste Management
Luebeck University of Applied Sciences
Moenkhofer Weg 239
Building 14, room 2.24
Phone: +49 451 300-5144
e-mail: sebastian.schlauss@fh-luebeck.de
Internet: www.siwawi.fh-luebeck.de
www.build-now.de
Wiederaufbau des Wasserbaulabors Mario Oertel
Einleitung
Das wasserbauliche Versuchswesen und somit auch die Wasserbaulabore gehören seit jeher zur Ausbildung von Bauingenieuren. In der Vergangenheit hatten die Wasserbaulabore dabei
einen unangefochtenen Stellenwert, da sie die einzige Möglichkeit darstellten, Strömungsphänomene sichtbar und messbar zu
machen. Mit deren Hilfe konnten zahlreiche theoretische Herleitungen nachgewiesen und bestätigt werden. Bereits vor rund 500
Jahren führte Leonardo Da Vinci (1452-1519) Versuche durch
und zeichnete sowie dokumentierte die Strömungslinien bei
der Umströmung von Körpern in fließendem Wasser als auch
das Auftreffen eines Überfallstrahls (siehe Abb. 1 und 2). Isaac
Newton (1642-1727) befasste sich mit der Entwicklung von
Ähnlichkeitstheorien, welche die Übertragung der Ergebnisse
kleinmaßstäblicher Modellversuche auf den Prototypmaßstab
ermöglichen sollte. Das wasserbauliche Versuchswesen hat sich
über die Jahrhunderte etabliert und ist zu einem festen Bestandteil der strömungstechnischen Analyse geworden. Im Zuge der
rasanten Entwicklung der Computerkapazitäten werden die
Wasserbaulabore und die hydraulischen Modellversuche aber
zunehmend in Frage gestellt. Numerische Softwareprogramme
simulieren heutzutage zuverlässig grundlegende Strömungsprozesse und sind in der Lage, eine kostengünstige Alternative zu
den teureren Versuchen zu schaffen (siehe Abb. 3). Jedoch ist die
Anwendbarkeit der numerischen Modelle beschränkt, da man
noch weit davon entfernt ist, jegliche Komplexität der Strömung
abbilden zu können. Hier helfen Näherungsrechnungen, bei
denen mit Hilfe von zusätzlichen Differentialgleichungen z. B.
die Turbulenzen eine Strömung berechnet werden. Dieses Vorgehen ist aber nur begrenzt anwendbar und liefert nicht immer
den gewünschten Effekt. Von daher ist es auch in der heutigen
Zeit durchaus erforderlich, ein Wasserbaulabor zu betreiben, um
wasserbauliche Versuche erstellen zu können.
Fachhochschule Lübeck
23
Abb. 1: Zeichnung von Leonardo Da Vinci, Foto
Abb. 2: Physikalisches Modell,
Abb. 3: Beispiel einer numerischen Strömungssimula-
aufgenommen im Leonardo Da Vinci Museum
Störsteinumströmung in Kipprinne, 2010
tion, Strömung in einem unterirdischen
Rom, Italien
Schachtbauwerk, Schnittansicht
Wasserbauliches Versuchswesen
Das wasserbauliche Versuchswesen basiert grundlegend auf der
Überlegung, dass sich die in einem skalierten Modell erzielten
Ergebnisse mit Hilfe einer geeigneten Berechnungsformel auf
den Prototypmaßstab übertragen lassen. Man spricht hierbei
von der Ähnlichkeitstheorie. Die in der Ähnlichkeitstheorie
enthaltenen Ähnlichkeitsgesetzte unterscheiden dabei die geometrische, kinetische und dynamische Ähnlichkeit. In der Strömungsmechanik sind nach USBR (1980) die Trägheits-, Druck-,
Gravitations-, Zähigkeits-, Oberflächenspannungs- und Elastizitätskräfte maßgeblich. Würden alle diese Kräfte zwischen zwei
Systemen korrelieren, so verhielten sich das skalierte Modell und
der Prototyp exakt gleich. Eine vollständige Ähnlichkeit wäre
demnach vorhanden wenn:
Bedingungen erfüllt werden. Die auf diese Weise errichteten
hydraulischen Modelle werden somit dominiert durch die
Schwerkraft oder durch die Zähigkeit des Fluides und werden
Froude- oder Reynoldsmodelle genannt. Wird ein hydraulisches Modell als Froudemodell abgebildet (freie Oberfläche), so
wird vorausgesetzt, dass eine von der Schwerkraft dominierte
Strömung vorliegt und somit das Verhältnis von Trägheits- zu
Schwerkraft im Modell und Prototyp gleich groß ist. Es gilt:
Zur Übertragung der Geometrie des Modells auf den Prototyp
reicht demnach die einfache Multiplikation mit dem Modellmaßstab . Nach einigen Umformungen der oben aufgeführten
Formel wird aber erkenntlich, dass z. B. die Geschwindigkeit mit
zu multiplizieren ist
.
mit: Fi = Trägheitskraft, Fp = Druckkraft, Fg = Schwerkraft,
Fv = Zähigkeitskraft, Ft = Oberflächenspannungskraft, Fe =
Elastizitätskraft.
Es gilt jedoch zu beachten, dass eine hundertprozentige Ähnlichkeit zwischen dem skalierten Modell und dem Prototypen
nicht möglich ist, da z. B. auch im Modell mit dem Medium
Wasser und seinen vorhandenen Eigenschaften gearbeitet wird.
Werden aber Oberflächenspannung (bei ausreichend großen
Wassertiefen) und Elastizität vernachlässigt, so können einige
24
Fachhochschule Lübeck
Beim Reynoldsmodell (Rohrströmung) dominiert die Zähigkeitskraft und analog muss für eine Ähnlichkeit das Verhältnis
von Trägheits- zu Zähigkeitskraft im Modell und Prototyp übereinstimmen. Hier kann z. B. eine Geschwindigkeit im Prototyp
durch Division durch berechnet werden
.
Die Annahme von dominierenden Kräfteverhältnissen zeigt
deutlich, dass vor der Erstellung von hydraulischen Modellversuchen im Wasserbaulabor eine detaillierte Analyse der zu
erwartenden Strömungsvorgänge durchzuführen ist, um Fehler
bei der Übertragung auf den Prototypmaßstab zu vermeiden.
So wie ein numerisches Modell bei Nichtbeachtung von grundlegenden Vorgehensweisen lediglich „bunte Bilder“ erzeugen kann,
so kann ein hydraulisches Modell im Labor falsch aufgebaut
werden und dessen Ergebnisse liefern keine belastbaren Daten.
Versuchsrinnen und Pumpensystem
Das Wasserbaulabor der FH Lübeck besteht seit vielen Jahrzehnten und die ersten Pläne konnten auf die 1950er Jahre
datiert werden. Eine Modernisierung erfolgte nach Plänen
aus dem Jahr 1968 (siehe Abb. 4). In den vergangenen Jahren
wurde das Labor jedoch zunehmend nicht betrieben und eine
Modernisierung von Messtechnik, Pumpen- und Rohrsystem ist
zwingend erforderlich. Im Zuge der Neubesetzung der Professur für Wasserbau soll nun ein sukzessiver Wiederaufbau der
Labors erfolgen, wobei neue, moderne, leistungsstarke Pumpen
installiert werden und an einen neu errichteten Wasserkreislauf
angeschlossen werden. Dabei wird ein Durchfluss von rund
150 l/s angestrebt. Der grundlegende Systemaufbau wird so
vollzogen, dass ein nachhaltiges System in Bezug auf Energieverbrauch und Flexibilität entsteht. So soll eine frequenzgesteuerte
Hochleistungspumpe einen unnötigen Energieeinsatz vermeiden, da der Durchfluss über die Umdrehung der Pumpe geregelt
werden kann und nicht wie bei herkömmlichen Systemen ein
auf Hochlast laufende Pumpe eingedrosselt wird. Zudem ist eine
ausreichend große Rohrleitung zu installieren, um hydraulische
Verlust (infolge von Reibung an der Rohrwandung) zu minimieren, welche über eine erhöhte Pumpenleistung zu kompensieren
wären. Eine ausreichend dimensionierte Rohrleitung hat den
Vorteil, dass die Geschwindigkeit deutlich reduziert wird und
ebenso die Verluste, da diese im Quadrat bei der Berechnung
der Verlusthöhe eingehen.
Die Flexibilität des Systems wird dadurch gewährleistet,
dass in einem definierten Abstand innerhalb des
Wasserkreislaufsystems T-Stücke für den Anschluss der jeweils
benötigten Modelle angeordnet werden. Über Schieber lässt sich
das System steuern und die jeweiligen Teilkreisläufe schließen.
Dabei sollen drei Modellarten ermöglicht und aufgebaut
werden:
•
Kleinstmodelle (Strömungsrinnen) zur Veranschaulichung
von Strömungsprozessen in der grundständigen Lehre des
Bachelor- und Masterstudiengangs Bauingenieurwesen
(siehe Abb. 5), Lehre
Abb. 5: Beispielhafte Modelle für die Lehre, links: kleine Mini Sediment-Rinne,
rechts: Midi Strömungskipprinne (30 cm breit, ca. 18 m lang)
•
große Kipprinne für einen variablen Einsatz in Bezug auf
Drittmittelprojekte für Wasserverbände und Ingenieurbüros, (siehe Abb. 6), Grundlagenforschung
Abb. 6: Mögliche Ausführung einer großen Kipprinne
•
vorgehaltener Raum für individuell zu errichtende
Flächenmodelle (siehe Abb. 7, z. B. Wehranlagen, Flussmündungen, Blocksteinrampen, Kanalisationsbauwerke
etc.), angewandte Forschung
Abb. 4: Historischer Plan des Wasserbaulabors der FH Lübeck, 1968
Fachhochschule Lübeck
25
Somit können beispielsweise hochkomplexe Strömungsvorgänge hinter Störquellen in einer Strömung analysiert und die
turbulenten Verhältnisse quantifiziert werden.
Abb. 7: Flächenmodell einer Blocksteinrampe im Wasserbaulabor der RWTH
Aachen, Emschermündung in NRW
Abb. 8: Ultraschallsensoren an Lineartraversierung
Mit dieser Vorgehensweise wird die Bearbeitung einer Großzahl an möglichen Modellversuchen garantiert und eine
Anlaufstelle für regionale, nationale und internationale Auftraggeber geschaffen.
Messtechnik
Im Wasserbaulabor kommen i. d. R. Messsonden zur Bestimmung von Wasserständen, Fließgeschwindigkeiten, Durchflüssen, Kräften und Luftkonzentrationen zum Einsatz.
Die Bestimmung von Wasserständen erfolgte in der Vergangenheit dabei mit in die Strömung eingetauchten Messpegeln,
welche nach der Kalibrierung über eine variierende Ausgabespannung auf den vorliegenden Wasserstand schließen lassen.
Heutzutage werden zunehmend berührungslose Messsonden
(Ultraschallsonden, siehe Abb. 8) eingesetzt. Diese messen den
Zeitraum zwischen dem Entsenden sowie dem Empfangen
eines Ultraschalls, so dass bei bekannter Geschwindigkeit der
Schallwellen der Wasserstand berechnet werden kann. Je nach
ermitteltem Zeitraum wird eine Ausgangsspannung generiert,
welche mithilfe eines „AD-Wandlers“ (Analog-Digital) an den
Computer übertragen werden kann. Das LuFG Wasserbau
der FH Lübeck verfügt hier über fünf Ultraschallsensoren der
Firma General Acoustics, welche mit einer Frequenz von 75 Hz
die Strömung „abtasten“. Die Messgenauigkeit des Systems liegt
bei +/– 0,2 mm.
Zur Bestimmung der dreidimensionalen Geschwindigkeitsverteilung in einer Strömung wurde eine ADV Sonde der Firma
Nortek angeschafft (Vectrino II). Dieses hochpräzise Messinstrument ermöglicht die Darstellung der Geschwindigkeitskomponenten in alle drei Raumrichtungen in einem Gebiet bis zu 3
cm unterhalb der Sonde (siehe Abb. 9).
26
Fachhochschule Lübeck
Abb. 9: Nortek Vectrino II Sonde
Um eine exakte Bestimmung der Durchflüsse zu gewährleisten, werden sogenannte MID (Magnetisch Induktive Durchflussmesser) verwendet. Mit diesen kann in einem definierten
Rohrquerschnitt über das Einbringen eines elektromagnetischen Strömungsfeldes die Fließgeschwindigkeit und somit der
Durchfluss bestimmt werden. Aktuelle Messgerät (z. B. Optiflux der Firma Krohe) ermöglichen die Bestimmung des Durchflusses mit einer Genauigkeit von +/– 0,1 l/s. Bei angestrebten
100 bis 150 l/s könnte demnach eine hochgenaue Erfassung des
Durchflusses gewährleistet werden. Im Bereich der kleinsten
Durchflüsse im Labor (rund 3 l/s) läge die Genauigkeit noch
immer im tolerierbaren Bereich. Kleinere Durchflüsse werden
aufgrund von Maßstabseffekten infolge Oberflächenspannung
und Viskosität des Wassers nicht berücksichtigt.
Drei Lineartraversierungseinheiten der Firma isel ermöglichen die Positionierung der Messsonden an zuvor bestimmten
Messpunkten mit einer Genauigkeit von weniger als 1 mm.
Die Ansteuerung erfolgt dabei mittels eigens entwickelter
Messsoftware, welche im Wechsel die Positionierung der
Sonden und anschließend die Messung an sich ausführt. Somit
besteht ein hochautomatisiertes System, welches eine hohe
Zeitersparnis und somit eine kostenreduzierte Arbeitsweise
ermöglicht.
Zusammenfassung und Fazit
Trotz gestiegener Rechnerkapazitäten und der Möglichkeit
Strömungen am PC zu simulieren, besitzen Wasserbaulabore
noch immer eine hohe Rechtfertigung. Mit deren Hilfe lassen sich komplexe Fragestellungen der Hydromechanik und
Bauwerkshydraulik in skalierten Modellversuchen analysieren.
Dieses klassische Verfahren bietet zudem eine hervorragende
Möglichkeit, intuitiv einen Beitrag in der Lehre zu leisten, um
die zukünftige Generation an Wasserbauingenieurinnen und
-ingenieuren zielgerichtet auszubilden.
Das Wasserbaulabor der FH Lübeck wird derzeit wiederaufgebaut und in Hinblick auf die Mess- und Pumpentechnik
modernisiert. Dabei soll neben dem Betrieb zu Lehrzwecken
eine Anlaufstelle für Ingenieurbüros, Wasserverbände etc. für
hydraulische Modellversuche geschaffen werden. Die vollständige Wiederinbetriebnahme wird im zweiten Halbjahr 2013
angestrebt.
Kontakt:
LuFG Wasserbau
Prof. Dr.-Ing. habil. Mario Oertel
Fachbereich Bauwesen
Mönkhofer Weg 239
23562 Lübeck
Telefon: 0451 300-5154
e-mail: mario.oertel@fh-luebeck.de
Web: www.wasserbau.fh-luebeck.de
Centrum Industrielle Biotechnologie (CIB) Lübeck Uwe Englisch
Projektteams aus Wirtschaft und Hochschule forschen gemeinsam in Labor und Biotechnikum
Das gesamte Team des CIB mit Leiter Prof. Dr. Uwe Englisch (7.v.r.)
Die industrielle Biotechnologie ist eines der zukünftigen
Wachstumsfelder in den Industriebereichen Chemie, Pharmazie, Lebensmittel sowie Biomedizintechnik. Die Entwicklungen in diesen Bereichen haben sowohl die Nachhaltigkeit
von Ressourcen wie z.B. Nutzung von nachwachsenden
Rohstoffen oder Optimierungen auf Prozessebene wie Produktverbesserung, Energieeinsparung, Abfallminimierung
oder Kreislaufschließung zum Ziel. Für die Umsetzung dieser
Fachhochschule Lübeck
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von gemischten Projektteams aus Industrie und Hochschule mit
der gemeinsamen Nutzung der Infrastruktur (Biotechnikum,
Labore, Spezialgeräte, Büros) im neuen Forschungsgebäude.
Diese Teams werden gemeinsam mit ihrer jeweiligen spezifischen Expertise an F&E-Projekten arbeiten. Für eine effiziente
Zusammenarbeit sind „Projektteams“ und kurze Wege zwischen
Industriepartner und Hochschule von großer Bedeutung.
Das Centrum für Industrielle Biotechnologie, CIB
Darüber hinaus wird die gerade vereinbarte weitergehende
Verknüpfung von Grundlagenforschung und Anwendungsforschung im Rahmen des „Forschungscampus Lübeck“ (Universität, Fachhochschule, Fraunhofer-Institut und Leibniz-Institut
Borstel) wichtige neue Impulse setzen. Zu erwähnen ist das
hier auch ein industrieller Partner aus der Biomedizintechnik,
die Fa. Euroimmun aus Lübeck, direkt beteiligt ist.
neuen Konzepte in Forschung und Entwicklung ist eine starke
interdisziplinäre Verzahnung von natur- und ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen unabdingbar.
Als interdisziplinären Plattform strebt das CIB zunächst vier
praxisorientierte F&E- Schwerpunkte im Bereich der „Industriellen Biotechnologie“ an:
Die Marktrelevanz der industriellen Biotechnologie wird
durch Studien der Fraunhofer-Gesellschaft (2007) oder der
Capgemini Consulting (2011, Bioökonomie NRW) unterstützt.
So werden Wachstumspotentiale von bis zu 20% bis 2025
prognostiziert. Die Studien zeigen auch, dass in Deutschland
prinzipiell starke technologischen Wissensgrundlagen sowie
hoch qualifizierte Arbeitskräfte vorhanden sind. So sind auch
in Schleswig-Holstein viele wettbewerbsfähige industrielle
Anwenderbranchen präsent. Neben diesen Stärken wurden
von der Fraunhofer-Studie aber auch Schwächen und Risiken festgestellt, insbesondere Innovationshemmnisse in der
angewandten Forschung. Hier werden einerseits die geringe
Investitionsbereitschaft, andererseits die unzureichende Anzahl
von Wissenschaftlern im Bereich der Biotechnologie genannt.
Auch die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Instituten,
Fachbereichen oder Hochschulen werden genannt.
•
•
Diesen Defiziten soll das neue „Centrum für industrielle
Biotechnologie“ (CIB) entgegenwirken. Es umfasst daher
die Bündelung der verschiedenen Expertisen im Bereich der
industriellen Biotechnologie (inhaltlich, personell und infrastrukturell) an der Fachhochschule Lübeck einschließlich der
gemeinsamen Nutzung der Infrastruktur im neuen Biotechnikum (Labore, Spezialgeräte).
Das Projekt „Biopower“ zur energetischen und stofflichen
Nutzung von industriellen Nebenprodukten und Reststoffen, das
im Rahmen des Netzwerkes „foodRegio“ der Lebensmittelindustrie bearbeitet wird, ist ein exemplarisches Beispiel für diese
Zusammenarbeit.
Das CIB bildet darüber hinaus eine interdisziplinäre Wissensund Technologieplattform mit dem Ziel, neue nachhaltige Rohstoffquellen, Prozesse und Produkte mit und für die Industrie
zu entwickeln. Es werden weiterhin im Rahmen von angewandten F&E-Projekten auch Projekte zur stofflichen und energetischen Nutzung von industriellen Reststoffen insbesondere der
Lebensmittelindustrie bearbeitet (Bioraffinerie, Biogas).
Der entscheidende neue Ansatz des CIB liegt in der Bildung
28
Fachhochschule Lübeck
•
•
Stoffliche Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen
Entwicklung und Nutzung nachhaltiger
Produktionsprozesse
Entwicklung und Nutzung neuer innovativer
biobasierter Produkte
Energetische und stoffliche Nutzung industrieller
Nebenprodukte / Reststoffe
Forschungs- und Entwicklungsprojekte
Der Schwerpunkt des neuen „Centrum Industrielle Biotechnologie“ wird auf der Bearbeitung von praxisorientierten Forschungs- und Entwicklungsprojekten liegen, die gemeinsam mit
industriellen Partnern durchgeführt werden sollen. Die F&EProjekte sollen sowohl mit Partnern aus Schleswig-Holstein,
als auch aus anderen Bundesländern und international u. a. mit
Partnern aus dem Ostseeraum durchgeführt werden.
Die Erweiterung des F&E-Netzwerkes in den Ostseeraum
(„Baltfood“-Netzwerk) befindet sich gerade in der Umsetzung.
Mit Partnern aus Hochschulen und Industrie aus sieben Anrainerstaaten werden wird eine F&E- sowie Technologie-TransferStruktur aufgebaut.
können mit überkritischen CO2 besonders selektiv und schonend gewonnen werden.
Chemische und biologische Verfahrenstechnik
(Downstream Processing)
Die beteiligten Arbeitsgruppen und die Arbeitsschwerpunkte am CIB
Arbeitsgruppen im CIB
Technische Biochemie (Enzymtechnologie, Biopolymere)
PD Dr. Ralf Moll / Prof. Dr. Uwe Englisch
Herrn Englisch beschäftigt sich seit 15 Jahren mit der Anwendung biotechnologischen Verfahren in der Industrie. Schwerpunkt liegt dabei auf dem Einsatz von Enzymen zur Gewinnung
und Modifizierung von Biopolymeren. Hierbei werden moderne
Extraktionsverfahren von Wertstoffen aus nachwachsenden
Rohstoffen auf der Basis der genauen Kenntnisse deren chemischen und physikalischen Eigenschaften entwickelt und bis zum
Halbtechnikumsmaßstab umgesetzt. Einen weiteren Schwerpunkt stellt die Nutzung von Enzymen bei der Substitution
konventioneller chemischer Prozesse in der Industrie dar.
Technische Mikrobiologie (Bioraffinerie)
Dr. Beate Warnecke / Prof. Englisch
Die Arbeitsgruppe von Prof. Englisch beschäftigt sich bereits
einigen Jahren mit Fermentationsprozessen zur Gewinnung von
Wertstoffen (z. B. Alkohole, Aminosäuren oder andere neue
Wertstoffe) oder zur Produktion von Biogas. Die enzymatisch
verflüssigten industriellen Reststoffe sollen als Substrat für die
Fermentationsprozesse zur effizienten Gewinnung von Biogas
oder zur mikrobiellen Synthese von Wertstoffen (Bioraffinerie)
dienen. Hierzu werden mehrere Projekte durchgeführt (Altbrot,
Citrustrester, Mandelschalen, Haferkleie etc.).
Biophysikalische Chemie (Extraktionstechnik)
Prof. Dr. Peter Swidersky
Herr Swidersky beschäftigt sich im Rahmen seiner Forschungstätigkeiten vorrangig mit der Hochdruckextraktion von niedermolekularen Inhaltsstoffen wie z. B. speziellen Wachsen aus
Pflanzen. Hierzu steht eine moderne Technikumsanlage für
überkritische CO2-Extraktionen zur Verfügung. Inhaltsstoffe
aus nachwachsenden Rohstoffen bzw. industrielle Reststoffe
Prof. Dr. Sigrid Schuldei / Prof. Dr. Müller-Menzel
Im Rahmen des CIB beschäftigt sich Frau Schuldei mit verschiedensten verfahrenstechnischen Fragestellungen im Bereich
„Downstream“ Processing. Hierzu gehören neben der Entwicklung neuer verfahrenstechnischer Prozessschritte auch die
Anwendung komplexer Software-Programme zur Simulierung
von Prozessen und Anlagen.
Forschungsschwerpunkt liegt im Bereich der Aufreinigungsprozesse. Im Vordergrund stehen Entwicklungen von
Kristallisations- und Membranprozessen zur Aufreinigung
neuer wirksamer Substanzen („Scale up“ vom Labor- zum
Technikumsmaßstab).
In diesem Kompetenzfeld bestehen auch enge Kontakte zu Prof.
Dr. Thomas Müller-Menzel (thermische Verfahrenstechnik und
Anlagenbau) vom Fachbereich Maschinenbau.
Naturstoffchemie und -analytik (biogene Wirkstoffe)
Prof. Dr. Veronika Hellwig
Frau Hellwig beschäftigt sich in der Forschung schwerpunktmäßig mit der Isolierung und Charakterisierung neuer Wirkstoffe
aus Naturstoffen für diverse Anwendungsbereiche (zum Beispiel
Polyphenole als Antioxidantien in der Lebensmittel- und
Kosmetikindustrie).
Neue Methoden der Chromatographie und spektroskopische
Analyse für die Rohstoff-, Prozess- und Produktanalytik stehen
dabei im Vordergrund. Hierzu stehen moderne Trenn- und
Analyse Verfahren zur Verfügung (z. B. GC-MS, LC-MS, Fluoreszenz, NMR).
Lebensmittelchemie und –technologie
Prof. Dr. Schmelter / Prof. Dr. Pietsch
Dieses Kompetenzfeld ist 2011 neu entwickelt worden. Die
beiden Professoren haben eine jahrelange spezielle industrielle
Expertise in den Bereichen „Anwendung von polymeren Hydrokolloiden“ (Schmelter) und „Überkritische Fluide in Extraktionsverfahren“ (Pietsch).
An der FH Lübeck sind die F&E- Aktivitäten im Bereich der
Biotechnologie in den letzten 15 Jahren durch Drittmittelprojekte stark geprägt worden. Die Arbeitsgruppe „Technische
Biochemie“ hat mehrere große Projekte (Volumen: ca. 4,8 Mio.
Euro, 2003-2009) in den Bereichen Enzymtechnologie und
funktionelle Biopolymere erfolgreich durchgeführt. Das neue
Fachhochschule Lübeck
29
Zentrum mit dem Neubau soll diese Eingrenzungen beheben
und neue Impulse für die verstärkte Zusammenarbeit mit der
Industrie geben.
Der projektgebundene Wissenstransfer soll durch TechnologieTransfer auf der Basis von wissenschaftlichen bzw. technischen
Beratungen, Veranstaltungen, Workshops oder spezifischen
Schulungen ergänzt werden. Das „Centrum Industrielle Biotechnologie“ soll als fachlich versierte Institution als Ansprechpartner für die Industrie dienen.
Neben der Durchführung von Forschungs- und Entwicklungsprojekten soll das CIB auch als Basis für Transferdienstleistungen dienen. Hierbei wird es u. a. um Methodenentwicklungen,
spezielle Analysen und die Erstellung von Gutachten und
Studien gehen.
Mittelfristige Ziele und Nachhaltigkeit
Das „Centrum Industrielle Biotechnologie“ soll auf einer
nachhaltigen Basis bereits nach drei Jahren mittels Einnahmen
überwiegend aus Drittmittelprojekten wirtschaftlich weitgehend
selbsttragend sein. Das Kernpersonal wird dann aus 5-6 Personen bestehen Das volle Leistungsspektrum des CIB soll in ca.
5-7 Jahren erreicht sein. Es ist dann zentraler Ansprechpartner
in einem Netzwerk von Unternehmen, Institutionen, Hochschulen und Öffentlichkeit.
Prof. Dr. Uwe Englisch
Centrum Industrielle Biotechnologie
Einfluss der Kohlenstofffaserart (Pitch/PAN)
Auf das Reibungs- und VerschleiSSverhalten von PEEK-Compounds
Gerrit Rüdiger, Birgit Schädel, Olaf Jacobs
Zusammenfassung
Am Beispiel von PEEK-Compounds mit einem Füllstoffanteil
von 30%-Kohlenstofffasern wurde die Wirksamkeit von Pitchund PAN-Fasern sowie die Kombination beider Faserarten im
Verhältnis 30/70 gegen Stahl getestet. Hierbei wurden die Belastungen, Bewegungsarten, Stahlgegenpartner und Umgebungsbedingungen variiert.
In den meisten Belastungskollektiven führen die Pitchfasern als
alleiniger Füllstoff im PEEK gegen 100Cr6 zu deutlich höheren
Verschleißraten und Reibwerten als die PAN-Fasern, während
die Kombination beider Faserarten das beste Ergebnis lieferte.
Im Kugel-Prisma-Tribometer zeigte sich dagegen sowohl gegen
100Cr6 als auch gegen X5CrNi18-10 eine andere Reihenfolge.
Höhere Beanspruchungen führen häufig zu einer Verringerung
von Verschleißrate und Reibwert.
Abstract
The effect of different carbon fibers on the tribological behavior
of PEEK was investigated. The PEEK was filled with 30% of
Pitch- or PAN-fibers or a combination of both types (Pitch/PAN
= 30/70). The stress collective was varied.
In most collectives the pitch fibers as only filler in PEEK against
100Cr6 caused the highest wear rates and friction coefficients.
When using PAN fibers the values decreased while the combination of both fiber types lead to the smallest wear rates and
30
Fachhochschule Lübeck
friction coefficients. Tests performed with the ball on prism
tribometer against 100Cr6 and X5CrNi18-10 showed a different
order.
Keywords:
Kohlenstoffverbund, PEEK-Compound, Pitch-Faser, PAN-Faser,
polymer composites, PEEK, Polyetheretherketon.
1 Einleitung
Kunststoffe werden in tribologisch beanspruchten Systemen wie
Lagerbuchsen, Gelenkpfannen, Zahnrädern, Gleitschienen etc.
eingesetzt [1, 2]. Vorzüge der Kunststoffe sind die kostengünstige
Verarbeitung zu komplexen Bauteilen, Korrosionsbeständigkeit
sowie gute Notlauf- und Dämpfungseigenschaften. Allerdings
haben Kunststoffe eine relativ geringe Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit; bei höheren Beanspruchungen neigen sie zum Kriechen. Durch Zumischung funktioneller Additive werden die Einsatzgrenzen der Kunststoffe erweitert [3-5]. Verstärkungsstoffe
wir Kohlenstoff- oder Glasfasern erhöhen Festigkeit, Steifigkeit,
Kriechwiderstand, Wärmeleitfähigkeit und Warmformbeständigkeit. Interne Schmiermittel wie PTFE, Grafit oder Silikonöl
(nicht von außen hinzugegeben, sondern in die Kunststoffe eingemischt) reduzieren die Reibung und damit in der Regel auch
den Verschleiß. Diese „Compounds“ werden von verschiedenen
Anbietern hergestellt und sind kommerziell erhältlich.
Gerade in hoch beanspruchten Bauteilen werden gerne Kohlenstofffasern als Verstärkungsmaterial eingesetzt. Kohlenstofffasern werden in verschiedenen Qualitäten und aus verschiedenen
Rohstoffen hergestellt. Der Rohstoff für Pitch-Fasern ist Pech
und/oder Teer, aus dem Fasern gezogen, versponnen und durch
thermische Behandlung zu Kohlenstofffasern verarbeitet werden
[6, 7]. Der Herstellungsprozess der PAN-Faser ähnelt dem der
Pitch-Faser, allerdings ist der Ausgangsstoff eine vergleichsweise
günstige, weit verbreitete Textilfaser aus PAN (Polyacrylnitril),
die seit den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts verfügbar ist.
Durch unterschiedliche thermische Behandlungen von 1.000 bis
3.000 °C wird das spezielle Eigenschaftsprofil der Faser eingestellt [8]. PAN-Fasern können einen E-Modul von etwa 220
bis 450 GPa und Bruchdehnungen von 2,2 bis 0,7% aufweisen.
Pitch-Fasern haben typischerweise einen E-Modul von etwa 170
bis 950 GPa und Bruchdehnungen von 0,7 bis 0,3%. Folglich
sind Pitch-Fasern in der Regel spröder und härter als PANFasern. Außerdem ist die Herstellung von Pitch-Fasern deutlich
aufwendiger, so dass sie teurer sind als vergleichbare PANFasern. Der Anteil an PAN-Fasern im Markt liegt daher bei ca.
90%. Der Einfluss der Faser auf das Reib- und Verschleißverhalten kann erheblich sein. Es wird bisher angenommen, dass sich
Verschleißprodukte der relativ weichen PAN-Faser häufig im
Reibspalt verschleiß- und vor allem reibungsmindernd auswirken, da die Kohlenstofffasern zu Grafitstaub verrieben werden
könnten [9]. Dieses trifft auf Pitch-Fasern möglicherweise nicht
zu, da deren Verschleißprodukte so hart sind, dass sie abrasiv
wirken könnten. Welchen Einfluss die jeweilige Faser tatsächlich
auf das Reibungs- und Verschleißverhalten hat, wird hier systematisch untersucht.
Der Konstrukteur, der diese Compounds verwenden möchte,
benötigt zuverlässige tribologische Materialkennwerte für die
Bauteilauslegung. Diese Kennwerte werden zumeist in Laborversuchen ermittelt. Typische Laborprüfverfahren arbeiten
beispielsweise mit den Systemen Stift-Scheibe, Klötzchen-Ring
oder Kugel-Prisma. Dabei wird eine Probe des zu charakterisierenden Compounds gegen einen Gegenpartner gerieben
und Materialabtrag sowie Reibkraft werden aufgezeichnet. Als
Gegenpartner werden dabei zumeist metallische Werkstoffe
– häufig der Lagerstahl 100Cr6, seltener rostfreie Stähle – verwendet [1, 3, 10]. Nun sind jedoch Reibung und Verschleiß
Systemeigenschaften, die extrem stark von den Beanspruchungsbedingungen abhängen [11]. Um den Einfluss der Bewegung
auf den Verschleiß von kohlenstofffasermodifizierten Polymerproben zu untersuchen, wurden die Auswirkungen von rotierender Bewegung und reversierender Bewegung auf die Proben
untersucht. Hierbei wurde versucht für beide Bewegungsmodi
die gleiche durchschnittliche Geschwindigkeit anzuwenden. Bei
reversierender Untersuchung sind den Geschwindigkeiten allerdings Grenzen gesetzt, da aus physikalischen Gründen der Hub
mit zunehmender Geschwindigkeit abnehmen muss. Um ein
vollständiges Übergleiten der Probenoberfläche (Polymerproben-Durchmesser 6 mm) zu gewährleisten, wurde der Hub auf
15 mm festgelegt. Dies soll das Verhalten in linearen Führungen
simulieren. So können Rückschlüsse auf das Verhalten von kohlenstofffasergefüllten Polymeren auf rotierende Systeme wie zum
Beispiel Gleitlagerbuchsen, sowie auf reversierende Systeme wie
beispielsweise Lineargleitlager gezogen werden. Zum Vergleich
mit geringen Beanspruchungen wurden ebenfalls Kugel-PrismaVersuche durchgeführt.
2 Versuchsbeschreibung
2.1 Probenmaterialien
Es wurden PEEK-Compounds eingesetzt, die jeweils einen
Kohlenstofffaseranteil von 30% enthielten. Eine Probenreihe
enthielt 30% Pitch-Fasern, eine weitere 30% PAN-Fasern und
eine dritte Probenreihe enthielt 30% Kohlenstofffasern im
Verhältnis Pitch zu PAN von 30 zu 70, bezogen auf die Gesamtmasse also 9% Pitch-Fasern und 21% PAN-Fasern. Als Gegenpartnermaterial wurden Platten und Scheiben aus vergütetem
100Cr6 eingesetzt (608HV), die vor jeder Untersuchung mit
einer Flächenschleifmaschine angeschliffen wurden, um jeweils
die gleiche Oberflächenbeschaffenheit sicherzustellen. Dies
führt bei den Scheiben für die rotatorischen Untersuchungen zu einer gerichteten Oberflächenstruktur. So wurden die
PEEK-Proben während einer Scheibenumdrehung jeweils
zweimal mit Schleifrichtung und zweimal 90° zur Schleifrichtung belastet. Die Platten für die reversierenden Untersuchungen wurden sowohl in Verschleißrichtung, als auch quer zur
Verschleißrichtung geschliffen. Sämtliche PEEK-Probenmaterialien wurden von der Firma Lehmann & Voss GmbH und Co.
KG zur Verfügung gestellt. Die Firma Quadrant EPP Belgium
N.V. extrudierte aus diesem Material Vollstrangprofile und
drehte aus diesen Stifte mit einem Durchmesser von 6 mm und
einer Länge von 10 mm, deren Stirnflächen die Verschleißflächen waren. Die Kohlenstofffasern waren in den Proben
statistisch orientiert.
Um Vergleichsdaten mit vergangen Untersuchungen zu
erhalten, wurden alle Materialien auch im Kugel-Prisma-Tribometer untersucht. Dies hatte den weiteren Vorteil, dass hier
zwei unterschiedliche Gegenpartnermaterialien in Form von
Stahlkugeln, mit einem Durchmesser von 12,7 mm, aus 100Cr6
sowie rostfreiem X5CrNi1810 eingesetzt werden konnten.
Die Kunststoff-Probekörper aus den gefüllten Materialien
wurden für diese Versuche aus dem parallelen Mittelteil von
spritzgegossenen CAMPUS-Prüfstäben hergestellt, der auf
die benötigte Dicke einseitig heruntergefräst und zu 10 mm x
12 mm Plättchen gesägt wurde.
Fachhochschule Lübeck
31
Getestet wurde jeweils die gespritzte Seite, die keine Abdrücke
der Auswerfer enthielt. Alle Proben wurden bei 23 °C und 50%
relativer Luftfeuchtigkeit konditioniert und geprüft. Sämtliche
Plättchen wurden für die Versuche in Metallprismen geklebt.
2.2 Untersuchungsmethoden
2.2.1 Universaltribometer
Alle Stift-Scheibe-Untersuchungen wurden mit einem Universaltribometer CETR-UMT-3 der Firma Bruker (ehemals
CETR) durchgeführt.
In Abb. 2 ist der prinzipielle Prüfaufbau der reversierenden
Untersuchungen dargestellt. Es wurden je drei Untersuchungen
auf einer Probenplatte (Abb. 3, Mitte) durchgeführt. Die Probenplatten wurden mit einer Flächenschleifmaschine quer zur
Verschleißrichtung geschliffen. Es wurden auch vergleichende
Untersuchungen mit Schleifrichtung längs zur Verschleißrichtung durchgeführt. Der Hub betrug jeweils 15 mm. Bei
den reversierenden Untersuchungen konnten aus apparativen
Gründen nicht die gleichen mittleren Geschwindigkeiten wie
unter rotierenden Bedingungen eingesetzt werden. Hier lag
der Fokus auf einem möglichst großen Hub, was die maximal
möglichen Geschwindigkeiten reduziert.
Abb. 3: Probenscheibe (links) nach rotierender und Probenplatte (Mitte) nach
reversierender Bewegung Probe (rechts) ø 6 mm im Probenhalter
Abb. 1: Universaltribometer
Abb. 1: Prinzip Stift-Scheibe (b)
Funktionsprinzip (a)
Der Prüfaufbau ist schematisch in Abb. 1 und die Halterung
für die Kunststoffproben ist in Abb. 3 (rechts) dargestellt.
Es standen runde Proben mit einem Durchmesser von 6 mm
und einer Länge von 10 mm zur Verfügung. Auf der geschliffenen Scheibe (Abb. 3, links) wurden jeweils zwei Untersuchungen durchgeführt. Eine auf dem Radius 26 mm und eine
weitere auf dem Radius 18. Die relative Geschwindigkeit war in
beiden Fällen gleich.
Tabelle 1: Belastungskollektiv rotierend (links) und reversierend (rechts)
In Tabelle 1 sind die geplanten Belastungskollektive dargestellt.
Die in dieser Arbeit beschriebenen Ergebnisse beruhen auf der
gesamten Belastungsmatrix unter rotierenden Bedingen und
aus ersten Ergebnissen unter reversierenden Bedingen.
Alle Versuche wurden bei Raumtemperatur und einige Rotationsversuche zusätzlich bei 150 °C durchgeführt.
2.2.2 Kugel-Prisma-Tribometer
Vergleichsuntersuchungen wurden mit einem Kugel-PrismaTribometer nach ISO 7148-2 durchgeführt (Abb.4).
Abb. 2: Universaltribometer
Abb. 2: Prinzip Stift-Platte (b)
Funktionsprinzip (a)
Abb. 4: a) Prinzipskizze des Kugel-Prisma-Tribometers
32
Fachhochschule Lübeck
Abb. 4: b) Prisma mit Belastungssituation
Die Prismen werden über einen Hebelarm mit einem Gewicht
gegen die kugelförmigen Gegenpartner gedrückt. Die Kugeln
rotierten um ihre vertikale Achse und reiben dabei über die
Kunststoffoberflächen.
Die Versuche wurden mit einem Gewicht von 30 N, entsprechend einer Normalkraft von 21,21 N pro Kunststoffprobe,
durchgeführt. Die Rotationsfrequenz der Kugel betrug 1 Hz,
was eine Gleitgeschwindigkeit von 0,028 m/s im Reibkontakt
bedeutet. Die Testdauer betrug 60 h pro Versuch, was einem
Gleitweg von 6.000 m entspricht. Wegen der kugelförmigen
Kontaktgeometrie nimmt der p • v - Wert während des Versuches kontinuierlich ab.
Der Systemverschleiß wurde als Kippbewegung der Belastungswippe mit einem induktiven Wegaufnehmer aufgenommen
und aus 3 Versuchen gemittelt.
Die Versuche wurden in einem klimatisierten Raum bei einer
Temperatur von 23 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von
50% durchgeführt.
3 Ergebnisse und Diskussion
3.1 Verschiedene Kohlenstoff-Faserarten Pitch gegen PAN - rotierend
Der generelle Einfluss der Faserart auf das Reib- und Verschleißverhalten von Hochtemperaturpolymeren wird hier
dargestellt. Die Belastung der Proben wurde variiert und lag
zwischen 42,5 N und 127,5 N sowie Gleitgeschwindigkeiten
von 0,15 m/s bis 0,45 m/s.
Die Versuche wurden bei Raumtemperatur und teilweise bei
150 °C durchgeführt. Dies soll eine Matrix an Ergebnissen widerspiegeln, wie sie auch in technischen Anlagen angewandt wird.
Diagramm 1: Rotierend - Vergleich der Verschleiß- und Reibmittelwertkurven
der getesteten Materialien über dem Gleitweg (v=0,15m/s) bei unterschiedlichen Belastungen und Raumtemperatur
Die in Diagramm 1 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass
unter rotierenden Bedingungen bei steigender Belastung, die
Pitch-Faser gefüllten Proben den höchsten Verschleiß und die
höchsten Reibwerte im Vergleich verursachen. Die PAN-Faser
gefüllten Proben liegen unter diesen Bedingungen im Mittelfeld und die Pitch/PAN-Faser gefüllten Proben zeigten das
günstigste Verschleißverhalten und die geringsten Reibwerte.
Mit steigender Belastung nimmt der Verschleiß zu, wobei dies
bei den Pitch-Faser gefüllten Proben den größten und bei den
Pitch/PAN-Faser gefüllten Proben den geringsten Einfluss hat.
Die Reibwerte der Proben mit ausschließlich Pitch- und PANFasern zeigen konstante Reibwerte über dem Gleitweg, relativ
unabhängig von der Belastung. Die gemischten Pitch/PANFaser Proben zeigen unter der geringsten Belastungen zwei
Reibwertpeaks, einmal bei etwas 3 km und einmal bei etwa
23 km bevor sie ab etwas 45 km einen niedrigen konstanten
Wert annehmen. Dieser liegt dann auf gleichem Niveau wie bei
der höchsten Belastung. Allerdings stellt sich bei der höchsten
Belastung dieses geringe Niveau schon kurz nach dem Untersuchungsbeginn ein.
Fachhochschule Lübeck
33
Diagramm 2: Rotierend - Vergleich der Verschleiß- und Reibmittelwertkurven
Diagramm 3: Rotierend - Vergleich der Verschleiß- und Reibmittelwertkurven
der getesteten Materialien über dem Gleitweg (v=0,30m/s) bei unterschied-
der getesteten Materialien über dem Gleitweg (v=0,45m/s) bei unterschied-
lichen Belastungen und Raumtemperatur
lichen Belastungen und Raumtemperatur
Die in Diagramm 2 dargestellten Ergebnisse beruhen auf steigenden Belastungen bei einer Geschwindigkeit von 0,3 m/s.
Hier zeigen die Pitch-Faser gefüllten Proben ähnliche Ergebnisse wie bei 0,15 m/s. Bei 42,5 N sinkt der Verschleiß, ab 85 N
steigt der Verschleiß im Vergleich leicht. Die PAN-Faser gefüllten Proben zeigen einen deutlich geringeren Verschleiß bei 0,3
m/s als bei 0,15 m/s. Die Erhöhung der Geschwindigkeit hat
auf die Pitch/PAN-Faser nur einen geringen Einfluss, hier steigt
der Verschleiß mit höherer Belastung leicht.
Die Reibwerte der Pitch-Faser gefüllten Proben sind vergleichbar mit denen bei 0,15 m/s. Die Reibwerte der PAN-Fasern
sinken tendenziell leicht im Vergleich. Allerdings zeigt sich
hier ab 85 N ein Reibwertmaximum zwischen 7 und 15 km
Gleitweg. Im weiteren Verlauf sinkt der Reibwert auf ein ähnliches Niveau wie bei 0,15 m/s.
Die Pitch/PAN-Faser gefüllten Proben durchlaufen bei 0,3 m/s
ein Reibwertmaximum zwischen 4 und 16 km, wobei das
Maximum bei höherer Belastung früher erreicht wird, als bei
geringer Belastung. Die niedrigsten Reibwerte stellen sich bei
der höchsten Belastung ab etwa 40 km ein.
34
Fachhochschule Lübeck
Bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit auf 0,45 m/s zeigen
die Pitch-Faser ähnlich hohe Verschleißwerte wie unter 0,3 m/s.
Auch die PAN-Faser und Pitch/PAN-Faser gefüllten Proben
zeigen ein ähnliches Verschleißverhalten wie bei 0,3 m/s.
Der Reibwert der Pitch-Faser gefüllten Proben liefert auch
bei 0,45 m/s ähnliche Ergebnisse wie bei den vorangegangenen Untersuchungen. Die Reibwerte der PAN-Faser gefüllten
Proben verändern sich bei 0,45 m/s. Hier steigt der Reibwert
bei geringer Belastung von 42,5 N leicht und bildet einen
Reibwertpeak bei etwa 13 km Gleitweg aus und sinkt im
weiteren Verlauf auf das Niveau der Voruntersuchungen.
Mit steigender Belastung nimmt der Reibwert ab. Bei 85 N
liegt ein Reibwertpeak bei etwa 5 km und bleibt ab etwa 15 km
konstant auf gleichem Niveau wie bei den Voruntersuchungen.
Bei einer Belastung von 127,5 N liegt der Reibwertpeak bei ca.
2,5 km und der Reibwert sinkt im weiteren Verlauf ab etwa
12 km auf ein deutlich niedrigeres Niveau als bei den vorangegangenen Untersuchungen. Die Pitch/PAN-Faser gefüllten
Proben zeigen bei 42,5 N und 0,45 m/s einen Reibwert auf etwa
dem Niveau der Voruntersuchungen. Mit steigender Belastung
sinken die Reibwerte auf die im Vergleich geringsten Werte.
Diese liegen auf demselben Niveau wie die der PAN-Faser
gefüllten Proben bei höchster Belastung.
Diagramm 4: Rotierend - Vergleich der Verschleiß- und Reibmittelwertkur-
Diagramm 5: Rotierend - Vergleich der Verschleiß- und Reibmittelwertkur-
ven der Pitch-Faser gefüllten Proben bei unterschiedlichen Belastungen und
ven der PAN-Faser gefüllten Proben bei unterschiedlichen Belastungen und
Temperaturen
Temperaturen
Der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Pitch-Faser
gefüllten Proben ist in Diagramm 4 dargestellt. Hier wurde die
geringste Belastung mit der höchsten Belastung bei Raumtemperatur und unter 150 °C verglichen.
Die Verschleißrate sinkt bei 150 °C Umgebungstemperatur
erheblich. Sowohl bei geringer Belastung als auch bei höchster Belastung. Allerdings steigt der Einlaufverschleiß bei der
höchsten Belastung massiv.
Auch auf den Reibwert hat die Erhöhung der Umgebungstemperatur einen erheblichen Einfluss. Nach Durchlaufen des Einlaufverschleißes bei der höchsten Belastung sinkt der Reibwert
auf etwa ein Viertel des Reibwerts bei Raumtemperatur. Dies
ist auch unabhängig von der Belastung.
Bei der geringsten Belastung und 150 °C Umgebungstemperatur liegt der Reibwert konstant unterhalb der Werte unter
Raumtemperatur in einer Größenordnung von ölgeschmierten
Stahl-Stahl-Paarungen, so dass sich hier offenbar ein flüssiger
Schmierfilm gebildet haben könnte.
In Diagramm 5 sind die Ergebnisse der gleichen Untersuchungen wie in Diagramm 4 dargestellt, allerdings wurden hier
Proben mit PAN-Faser-Verstärkung eingesetzt.
Unter diesen Bedingungen nimmt der Verschleiß bei 150 °C
im Vergleich zur Raumtemperatur zu. Die Reibwerte bei 150 °C
nehmen auch hier, wie bei den Pitch-Faser gefüllten Proben
unter der höchsten Belastung, erst deutlich zu und dann im
Verlaufe der Untersuchung kontinuierlich ab.
Bei der geringsten Belastung stellt sich, vergleichbar mit den
Pitch-Faser gefüllten Proben, sofort nach Start ein im Vergleich
geringer Reibwert ein. Ab etwa 35 km liegen hier die Reibwerte
bei 150 °C auf ähnlich niedrigem Niveau wie die der PitchFaser gefüllten Proben ab 15 km und deutlich niedriger als die
unter Raumtemperatur.
Fachhochschule Lübeck
35
3.2 Verschiedene Kohlenstoff-Faserarten Pitch gegen PAN - reversierend
Diagramm 7: Reversierend - Vergleich der Verschleiß- und Reibmittelwertkurven der getesteten Materialien über dem Gleitweg (v=10Hz) bei unterschiedlichen Belastungen und Raumtemperatur
Diagramm 6: Reversierend - Vergleich der Verschleiß- und Reibmittelwertkurven der getesteten Materialien über dem Gleitweg (v=7,5Hz) bei unterschiedlichen Belastungen und Raumtemperatur
Erste Untersuchungen wurden auch unter reversierenden
Bedingungen durchgeführt. In Diagramm 6 sind der Verschleiß und die Reibwerte bei einer Geschwindigkeit von 7,5 Hz
und einem Hub von 15 mm dargestellt. Verglichen mit rotatorischen Bewegungen liegt hier die mittlere Geschwindigkeit
bei 0,225 m/s. Ergebnisse zu den Pitch/PAN-Faser gefüllten
Proben liegen zurzeit noch nicht vor.
Mit steigender Belastung nimmt der Verschleiß sowohl der
Pitch-, als auch der PAN-Faser gefüllten Proben zu, wobei
die Pitch-Faser gefüllten Proben einen grundsätzlich höheren
Verschleiß zeigen. Bei einer Belastung von 127,5 N steigt der
Verschleiß ab etwa 35 km katastrophal an.
Die Reibwerte liegen etwa auf dem Niveau unter rotierender
Bewegung. Die Reibwerte der Pitch-Faser gefüllten Proben
liegen etwas oberhalb und die der PAN-Faser gefüllten Proben
etwas unterhalb der Werte unter rotierenden Bedingungen.
36
Fachhochschule Lübeck
In Diagramm 7 sind die Ergebnisse der Untersuchungen mit
steigender Belastung bei 10 Hz dargestellt. Dies entspricht im
Mittel einer rotierenden Bewegung von 0,3 m/s.
Der Verschleiß der Pitch-Faser gefüllten Proben ist von Anfang
an katastrophal und wurde nach wenigen Kilometern abgebrochen. Der Reibwert lag bis dahin auf gleichem Niveau wie bei
rotierender Bewegung. Die PAN-Faser gefüllten Proben zeigen
unter diesen Bedingungen bei 42,5 N sehr geringe Verschleißraten nach einem deutlichen Einlaufverschleiß.
Bei Steigerung der Normalkraft stellt sich kein ausgeprägter
Einlaufverschleiß ein. Die Proben verschleißen linear, mit
zunehmender Belastung steigt auch der Verschleiß.
Der Reibwert nimmt mit steigender Belastung ab und bleibt
nach kurzem Einlaufverhalten auf konstantem Niveau.
Diagramm 8: Reversierend - Einfluss der Schleifrichtung der Gegenpart-
Diagramm 9: Reversierend - Einfluss der Schleifrichtung der Gegenpart-
neroberfläche auf die Verschleiß und Reibwerte der Proben mit PAN-Faser bei
neroberfläche auf die Verschleiß und Reibwerte der Proben mit Pitch-Faser bei
v=7,5 Hz bei Raumtemperatur
v=7,5 Hz bei Raumtemperatur
Es wurde auch an einem Beispiel der Einfluss der Schleifrichtung des Gegenpartners auf das Reib- und Verschleißverhalten
untersucht. Die Ergebnisse sind in Diagramm 8 (PAN-Faser
gefüllte Proben) und Diagramm 9 (Pitch-Faser gefüllte Proben)
dargestellt. Die in Längsrichtung geschliffenen Probenplatten
führten sowohl bei den PAN- als auch den Pitch-Faser gefüllten Proben zu erhöhtem Verschleiß.
Bei den PAN-Faser gefüllten Proben stellte sich ein linearer
Verschleiß ein, der mit einer deutlichen Erhöhung des Reibwerts einherging. Die Pitch-Faser gefüllten Proben verhielten
sich am Anfang des Verschleißes unabhängig von der Schleifrichtung, nach etwa 10 km Gleitweg stieg der Verschleiß
allerdings stark an.
Die Reibwerte der Pitch-Faser gefüllten Proben lagen bei den
längs geschliffenen Gegenpartnern leicht unterhalb derer in
Querrichtung geschliffenen Gegenpartnern.
Tabelle 2: Ergebnisse Zahlenwerte Verschleiß- und Reibwerte rotierend
Fachhochschule Lübeck
37
Bei geringer Belastung zeigen die PAN-Faser gefüllten Proben
unter reversierenden Belastungen geringere Verschleißwerte,
allerdings kehrt sich dies ab einer Belastung von 85 N um.
3.3 Einfluss der Kohlenstoff-Faserarten (Pitch / PAN /
30/70) und des Gegenpartnerstahls im Kugel-Prisma
Tribometer
Bei den Versuchen mit dem Kugel-Prisma-Tribometer wurden
neben Kugeln aus dem in den vorangegangenen Versuchen
verwendeten Wälzlagerstahl 100Cr6 auch solche aus dem rostfreien X5CrNi1810 verwendet um den Einfluss des Gegenpartnermaterials zu ermitteln.
Die Ergebnisse aus den Versuchen sind in Diagramm 9
zusammengefasst.
Tabelle 3: Bisherige Ergebnisse Zahlenwerte Verschleiß- und Reibwerte
reversierend, Gegenpartneroberfläche quer zur Verschleißrichtung geschliffen
In Tabelle 2 und Tabelle 3 sind die spezifischen Verschleißraten [k] in mm³/Nm * 10-8 gegenüber gestellt. Es handelt sich
hierbei um sämtliche Untersuchungen bei Raumtemperatur.
Die Ergebnisse der reversierenden Untersuchungen beruhen
auf den quer geschliffenen Gegenpartnern. Die mit „-„ gekennzeichneten Bereiche werden noch geprüft, die mit „nicht mehr“
gekennzeichneten Bereiche werden nicht mehr untersucht, da
die Proben schon bei geringerer Belastung einen katastrophalen Verschleiß gezeigt haben.
Grundsätzlich wird hier deutlich, dass mit zunehmender
Belastung die Pitch-Faser gefüllten Proben unter rotierenden
Bedingungen nicht geeignet sind. Die Verschleißraten nehmen
tendenziell zwar mit steigender Belastung ab, diese liegen aber
immer noch auf einem sehr hohen Niveau. Auch die Reibwerte
der Pitch-Faser gefüllten Proben sind erheblich höher als bei
den PAN-Faser und Pitch/PAN-Faser gefüllten Proben.
Unter rotierenden Bedingungen zeigen die Pitch/PAN-Faser
gefüllten Proben die günstigsten Eigenschaften mit ähnlichen
Ergebnissen über die gesamte Prüfmatrix. Mit zunehmender
Belastung nimmt der Verschleißvorteil der Pitch/PAN-Faser
gegenüber der reinen PAN-Faser gefüllten Proben ab, die Reibwerte der Pitch/PAN-Faser gefüllten Proben liegen allerdings
grundsätzlich unterhalb der Werte der PAN-Faser gefüllten
Proben.
Unter reversierender Belastung kann festgestellt werden, dass die
Pitch-Faser gefüllten Proben bei 7,5 Hz bis 85 N deutlich besser
abschneiden als unter rotierender Belastung. Ab 10 Hz und/oder
127,5 N versagen die Pitch-Faser gefüllten Proben allerdings.
38
Fachhochschule Lübeck
Diagramm 9: Kugel-Prisma-Tribometer - Vergleich der Verschleiß- und
Reibmittelwertkurven der getesteten Materialien über dem Gleitweg gegen
X5CrNi1810 und 100Cr6 und Gegenüberstellung der daraus ermittelten
spezifischen Verschleißraten
Bei allen getesteten Compounds führt der X5CrNi1810 unabhängig von der Faserart zu einer geringeren spezifischen Verschleißrate als der 100Cr6 wobei die Verhältnisse im Einlaufbereich umgekehrt sind. Der X5CrNi1810 bewirkt ein degressives
Einlaufverhalten, der 100Cr6 ein progressives. Die einzige
Ausnahme bewirkt die Pitch-Faser, die gegen beide Stahlgegen-
partner ein degressives Verhalten zeigt und sich damit auch am
unempfindlichsten gegen einen Gegenpartnerwechsel erweist.
So weisen die Pitch-Faser gefüllten Compounds unter diesen vergleichsweise geringen Belastungen gegen 100Cr6 - im
Gegensatz zu den Ergebnissen unter den Beanspruchungsbedingungen im Universaltribometer - auch den geringsten Verschleiß auf, während die anderen Compounds, die PAN-Fasern
enthalten, zu Verschleißraten führen, die etwa eine Größenordnung höher liegen.
Gegen den X5CrNi1810 erweist sich der Compound mit der
Kombination beider Faserarten wieder als am besten, allerdings führt hier die PAN-Faser als alleiniger Füllstoff im PEEK
zu der höchsten Verschleißrate und die Pitch-Faser nimmt
einen Mittelplatz ein.
Die Pitch/PAN-Compounds reagieren also am empfindlichsten
auf einen Gegenpartnerwechsel.
4 Zusammenfassung und Ausblick
Die bisherigen Untersuchungen konnten den erheblichen Einfluss der Faserart auf das Verschleißverhalten von Kohlenstofffasercompounds zeigen. Auch die Art der Belastung hat einen
elementaren Einfluss auf das Reib- und Verschleißverhalten der
getesteten Materialien. Grundsätzlich zeigt sich die PAN-Faser,
bei erhöhten Belastungen, der Pitch-Faser überlegen. Hier
scheint sich die Annahme zu bestätigen, dass die PAN-Faser
bei hohen Belastungen zerrüttet wird und die Verschleißpartikel einen Schmierfilm im Reibkontakt ausbilden. Die
Verschleißprodukte der Pitch-Faser sind offenbar tatsächlich
so hart, dass sie den Verschleiß erhöhen. Dies ist stark von
den Belastungsbedingungen abhängig, wie die Untersuchungen im Kugel-Prisma-Tribometer gezeigt haben. Da hier die
Belastungen deutlich geringer sind, werden die Fasern offenbar
nicht zerrüttet und tragen somit nicht zu einer Erhöhung des
Verschleißes bei. Dies wird weiter untersucht. Erste Mikroskopieuntersuchungen konnten die These bereits bestätigen. Unter
den getesteten Bedingungen hat sich die Kombination aus
Pitch- und PAN-Faser als optimal gezeigt. Allerdings nimmt
der Vorteil gegenüber der reinen PAN-Faser bei höheren Belastungen ab, so dass sich hier der Mischaufwand nicht zwingend
lohnen muss. Allerdings zeigt die Fasermischung grundsätzlich
die geringsten Reibwerte.
Im Weiteren werden die ausstehenden Untersuchungen unter
reversierenden Bedingungen getestet und die Mikroskopie
der Verschleißoberflächen weitergeführt und dokumentiert.
Die Ergebnisse im Kugel-Prisma-Tribometer haben gezeigt,
dass das Gegenpartnermaterial einen erheblichen Einfluss
haben kann. Daher werden im weiteren Verlauf ausgewählte
Untersuchungen im Universaltribometer gegen den rostfreien
X5CrNi1810 durchgeführt. Weiter ist angedacht die Auswirkungen der Fasern auf Gegenpartner aus Aluminium zu testen.
5 Danksagung
Die Arbeiten wurden im Kunststoff-Kompetenzzentrum der FH
Lübeck durchgeführt. Die Autoren danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto
von Guericke“ e.V. (AiF) für die finanzielle Unterstützung. Für
die kostenlose Bereitstellung verschiedener Probenmaterialien
gebührt der Firma Lehmann & Voss & Co. KG, Hamburg sowie
der Firma Quadrant EPP Belgium N.V. unser Dan k.
6 Literatur
1
N.N., Gleitlager-Polymer, IGUS GmbH, Köln, 10/2002
2
N.N., Simrit - Ihr weltweiter Technologiespezialist für Dichtungs- und Schwingungstechnik, www.simrit.de
3
N.N., LNP-Bulletin 254, Lubricomp - Internally lubricated reinforced thermoplastics and fluorpolymer composites, LNP Plastics, 2002
4
N.N., Gleitmittelmodifizierte Werkstoffe,
www.LUVOCOM.de
5
K. Friedrich, O. Jacobs (V), Polymer-Verbundwerkstoffe für den Einsatz in verschleißbelasteten Systemen,
Proc. Verbundwerk 88, Wiesbaden 1988
6
D.D. Edie, The effect of processing on the structure and properties of carbon fibers, Carbon 36 (1998) 345–362
7
Y. Huang, R.J. Young, Effect of fibre microstructure upon
the modulus of PAN- and pitch-based carbon fibres,
Carbon 33 (1995) 97–107
8
D. Hull, An Introduction to Composite Materials,
Cambridge University Press, 1996
9
J. K. Lancaster, Lubrication of carbon fibre-reinforced
polymers part I - Water and aqueous solutions,
Wear 20 (1972) 315-333
10 H. Uetz, J. Wiedemeyer, Tribologie der Polymere,
Hanser, München, 1984
11 GfT-Arbeitsblatt 7: Tribologie Definitionen, Begriffe, Prüfung
12 O. Jacobs, W. Xu, B. Schädel, W. Wu, Wear Behaviour of
Carbon Nanotube Reinforced Epoxy Resin Composites, Tribologie Letters, Vol. 23, No. 1, July 2006
Fachhochschule Lübeck
39
Autorenanschrift
G. Rüdiger, B. Schädel, O. Jacobs
Fachhochschule Lübeck
Mönkhofer Weg 239, 23562 Lübeck
Telefon +49 451 300-5187/-5323, Fax +49 451 300-5037
BeltScience
Andreas Dörich
Zusammenfassung
2011 fiel in Dänemark der Projektstartschuss für den Aufbau
eines grenzüberschreitenden Forschungs- und TechnologieNetzwerks. Das Projekt trägt den Namen „BeltScience“ und
wurde im Rahmen des INTERREG IVA Programms für die
Fehmarnbeltregion finanziell von der Europäischen Union
gefördert. Die FH Lübeck war an „BeltScience“ mit einem
finanziellen Volumen von mehr als 385.000€ beteiligt. Die Universitet Roskilde auf dänischer Seite und die Fachhochschule
Lübeck waren die zwei Protagonisten des BeltScience-Projekts,
das den strukturellen Aufbau dieses Netzwerks vorsah. Das
strukturelle Ziel des Projekts war es, die Hochschulen rund um
den Fehmarnbelt zusammen wachsen zu lassen.
schreitenden Wissens- und Technologietransferprozessen von
den Hochschulen in die Region und umgekehrt führen.
Das Netzwerk soll dazu dienen, die Chancen einer verbesserten
Erreichbarkeit durch die feste Fehmarnbelt-Querung auch auf
Hochschulebene zu übertragen und damit das Zusammenbringen der Grenzregionen durch gemeinsames, grenzüberschreitendes Lehren, Lernen und Forschen nachhaltig zu befördern.
(Friedrich Schiller)
Die im BeltScience-Projekt kooperierenden Hochschulen,
Fachhochschule Lübeck und Roskilde Universitet haben komplementäre Studienstrukturen mit vergleichbaren inhaltlichen
Ausprägungen. Daher konzentrierte sich die Projektinitiative
zunächst auf drei strategische Schwerpunkte: „Public Health“,
„Transport & Logistik“ sowie „Interkulturelles Verständnis &
Sprache“. Die aus der intensiven Zusammenarbeit resultierenden gemeinsamen Bildungs- und Forschungsaktivitäten sollten
neben dem Mehrwert für alle Beteiligten auch zu grenzüber
40
Fachhochschule Lübeck
Neben dem Aufbau der gemeinsamen Netzwerkstruktur ging
es in der Folge der Kooperation im Wesentlichen um die
gemeinsame Entwicklung von Lehrangeboten und Forschungsinitiativen. Dabei bildeten die E-Learning-Kompetenzen der
FH Lübeck – hier insbesondere im Bereich des Lebenslangen
Lernens- eine wichtige Grundlage für die Entwicklung des
kooperativen Lehrens und Lernens.
„Der Abschied von einer langen und wichtigen Arbeit ist
immer mehr traurig als erfreulich“
Nach mehr als zwei Jahren der Kooperation endete die offizielle
Projektförderung des grenzübergreifenden Hochschulkooperationsprojektes BeltScience im Februar 2013. Nichtsdestotrotz
wird die Kollaboration beider Hochschulen über den Fehmarnbelt fortgesetzt, ein Letter of Intent beider Hochschulen hierzu
wurde Anfang des Jahres 2013 unterzeichnet, auch wenn
eine solche Zusammenarbeit ohne zusätzliche Finanzierung
ungleich schwerer fällt als mit.
Die Vernetzung der beiden Hochschulen ist geglückt. Durch
die fruchtbare Zusammenarbeit der Projektbeteiligten konnten die angestrebten Ziele erreicht werden. Die herausragende
Leistung der Arbeitsgruppe „Interkulturelles Verständnis und
Sprache“ mit der Konzeption und Durchführung des Workshops Fehmarnbelt Update! sorgte für einen Vorzeigeerfolg des
Projektes in der gesamten Region. Fehmarnbelt Update! wurde
an jeweils zwei Wochenenden im September 2012 in Nykøbing
Falster und im Oktober 2012 in Lübeck abgehalten und durch
einen sechswöchigen E-Learning-Kurs ergänzt. Die Inhalte des
Workshops waren darauf ausgereichtet, ein größeres Bewusstsein für die neuen Chancen und möglichen Geschäftspartner in der entstehenden Fehmarnbeltregion zu entwickeln.
Vorträge zu Geographie, Geschichte und Kultur wurden durch
Informationen über regionale Entwicklung, Wirtschafts- und
Verwaltungsstrukturen, grenzübergreifendes Management und
einen Sprachkurs vervollständigt. Namhafte Redner wie z.B.
Uffe Andreasen, Christian Wichmann Matthiesen, Hendrick
Kerlen und Björn Engholm konnten für Fehmarnbelt Update!
gewonnen werden. Insgesamt 22 Videos der Veranstaltung finden sich auf der Projekthomepage unter www.beltscience.eu .
Die Resonanz der Workshopteilnehmerinnen und -teilnehmer,
die zum Teil aus regionalen Akteuren, aber auch interessierten
Privatpersonen beiderseits des Beltes bestand, war durchweg
positiv. Der daraus resultierende Multiplikationseffekt, auch
bedingt durch die große Presseresonanz auf den Workshop,
führte zu weiteren Nachfragen bzgl. eines Folgeworkshops.
Die intensive Arbeit der anderen Arbeitsgruppen soll an dieser
Stelle aber auch erwähnt werden. Die Arbeitsgruppe „Transport
und Logistik“ konnte durch gute Beziehungen der deutschen
Teilnehmer zum Verein Wir in Genin e.V. und die Vermittlung
eines Besuches bei Kalundborg Symbiosis durch die dänische
Seite aktiv zum Wissens- und Technologietransfer in der
Region beitragen. Der Besuch einer dänischen Projektdelegation und deren Präsentation zum Thema Biogas im Rahmen
der Langen Nacht der Labore in Lübeck war eine gemeinsame
Aktion der Arbeitsgruppe um weitere Studierende über die
Forschungsstände im Bereich Transport und Logistik, insbesondere Biogas, auf beiden Seiten des Belts zu informieren
und zu eigener Forschung zu inspirieren. Mit einem Interview
des RUC Professors Thomas Budde Christensen zum Thema
Biogas konnte das erste E-Learning-Video der Arbeitsgruppe
Transport und Logistik ‚on air‘ gehen.
Die Arbeitsgruppe „Public Health“ ist mitten in der Planung
eines gemeinsamen Kurses zu den Themen ,Globalisation and
Health Promotion‘ sowie einer Vorlesungsreihe, bei der Forscher der FHL zum Thema ‚International Health Promotion‘ an
der RUC sprechen werden und umgekehrt. Der erste dänische
Student, der gerne ein Semester in Lübeck verbringen, möchte
steht auch schon in den Startlöchern.
Das Projekt und seine Eigenvermarktung an den jeweiligen
Hochschulen konnte die Studierenden für das Thema Fehmarnbelt begeistern und führte zu einer Reihe von Semester-
projekten, die gesammelt sowohl als ein sogenanntes Book-onDemand erscheinen werden.
Durch das Eingehen einer offiziellen Hochschulkooperation
zwischen RUC und der FHL wurde die Zusammenarbeit für die
Zukunft formalisiert um auf diesem Wege weitere gemeinsame
Forschungsprojekte, Seminare, Workshops und den allgemeinen
Wissenstransfer zu stützen.
Das langfristige Ziel hierbei ist der Aufbau einer Fehmarnbeltuniversität als Gegengewicht zur Europauniversität in Flensburg
nach dem Ausbau der INTERREG V A Region ab 2014 – integrated regional development powered by universities ist dabei das
Motto hinter dieser Vision. Die Wechselwirkung von Forschung auf Regionalentwicklung und umgekehrt wurde durch
die starke Vernetzung des Projektes mit anderen Institutionen,
externen Partnern und regionalen Akteuren, sowie anderen
INTERREG-Projekten eingeleitet und birgt großes Potential
für die Zukunft. Darum blicken wir mit Spannung auf die Weiterentwicklung der Region und unseren weiteren Beitrag dazu,
um hoffentlich bald wieder in der Lage zu sein, eine lange und
wichtige Zusammenarbeit zum Wohle der Fehmarnbeltregion
einzugehen.
Um einen tieferen Einblick in das Projektgeschehen der letzten
zwei Jahren zu gewähren, finden sich nachfolgend Auszüge aus
dem Schlussbericht des Projektes BeltScience. Der vollständige
Bericht kann seit Mai 2013 in deutscher und dänischer Sprache
von der Projekthomepage heruntergeladen werden.
Treffen des gesamten Projektteams:
Arbeitspaket 1: Grundlegender Netzwerkaufbau der beiden
Hochschulen
•
•
29. März 2011: Offizielles Projekt Kick-off-Meeting in
Roskilde mit Vorstellung beider Hochschulen, sowie Kennenlernen der 13 anwesenden Projektbeteiligten. Gemeinsame Diskussion über die Projektziele und Bildung der
Arbeitsgruppen.
18.-19. Mai 2011: Großes Treffen aller Projektbeteiligten
in Lübeck mit 18 Teilnehmerinnen und Teilnehmern und
Fachhochschule Lübeck
41
•
weiteren Beteiligten aus dem Lübecker E-Learning-Team
sowie externen Gästen.
Außerdem fanden im Rahmen dieses Arbeitspaketes
etliche Treffen und Videokonferenzen des Projektsekretariates um den Netzwerkaufbau der beiden Hochschulen
zu forcieren und die beginnenden Aktivitäten der Arbeitsgruppen zu begünstigen
Arbeitspaket 2: Netzwerkarbeit – Planung und Umsetzung
von themenorientierten und strukturellen Aktivitäten zwischen beiden Hochschulen
•
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•
•
13. /14. Oktober 2011: großes Treffen mit 13 Beteiligten
in Roskilde. Schwerpunkte des Treffens/Meetings waren
Öffentlichkeitsarbeit, administrative Themen, gemeinsame
regionsrelevante Forschungspaper, die Summer School
und gemeinsame Lehrangebote.
6.-8. September 2012 und 25.-27. Oktober 2012: „Fehmarnbelt Update!“ in Fuglsang/Dänemark und den
Lübecker Media Docks. Zu dieser Veranstaltungsreihe
sind sowohl alle Arbeitspakete wie auch eine Vielzahl von
externen Gästen anwesend gewesen, insgesamt weit mehr
als 50 Personen.
Im Rahmen dieses Arbeitspaketes fanden außerdem sehr
regelmäßig (oft monatlich, vor der Veranstaltung Fehmarnbelt Update! noch sehr viel häufiger) Videokonferenzen und physische Treffen des Projektsekretariates und
der Projektleitung statt um inhaltliche, administrative und
organisatorische Fragestellungen rund um das Projekt zu
klären. Dabei wurden die notwendigen physischen Treffen
abwechselnd in Lübeck und Roskilde, sowie falls möglich
auf der Fähre Puttgarden-Rødby, abgehalten.
Auch mit dem INTERREG-Sekretariat gab es im Laufe des
Projektes verschiedene Treffen um eine optimale Projektabwicklung zu ermöglichen.
Gleichzeitig wurde auch eine Vielzahl von Veranstaltungen
anderer Projekte in der Region besucht um neben dem
Netzwerkaufbau auch ein Lernen von anderen grenzübergreifenden Best-Practice–Kollaborationen zu ermöglichen.
Arbeitspaket 3 (Netzwerkarbeit – Auswertung der themenorientierten und strukturellen Aktivitäten sowie Festlegung neuer Schwerpunkte der Zusammenarbeit beider
Hochschulen)
•
•
42
12. Februar 2013: offizielles Closing Event des Projektes
BeltScience in Lübeck mit Beteiligung aller Arbeitspakete.
Auch im letzten Arbeitspaket des Projekts fanden noch
mehrere Treffen des Projektsekretariates in Präsenz und
per Videokonferenz statt. Dies wurde auch nach offiziellem Ender des Projekts fortgesetzt um offene Fragen der
Projektadministration zu klären.
Fachhochschule Lübeck
Vernetzung:
Nachfolgend findet sich eine Auflistung der Institutionen und
Plattformen aus der Fehmarnbeltregion, zu denen BeltScience im Laufe der Projektlaufzeit Verbindungen aufgebaut hat
(alphabetische Reihenfolge):
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Alles Gute aus Genin e.V.
Arbeitsgruppe zur grenzüberschreitenden
Zusammenarbeit in Padborg
Baltic Development Forum Summit
CELF
Clustermanagement MedComm
deutsch-dänische Handelskammer
ecomobility-Seminar der Copenhagen Business School.
E-Learning-Bereich der FH Lübeck: Interessensabgleich
mit allen bestehenden, in Vorbereitung befindlichen und
abgeschlossenen Projekten. Zusätzlich Vernetzung auch
mit nicht in dem Projekt involvierten Fachbereichen von
FHL und RUC.
Fehmarnbelt Days
Fehmarnbelt Update!: Im Rahmen dieser Veranstaltungsreihe nahmen eine Vielzahl direkt und indirekt in der
Region nicht nur verwurzelter, sondern auch aktiver engagierter Personen als Teilnehmer oder Referenten teil.
Femern Belt Development
Goethe-Institut in Kopenhagen
Green STRING-corridor
Humboldt-Universität Berlin: Die Uni Roskilde eröffnet
dort eine Filiale mit dem ersten Schwerpunkt ”Humanistic
Basic Studies”.
IHK zu Lübeck
Kalundborg Symbiosis
Konferenz des Ostsee-Programms (INTERREG IVB).
Krebsforschungsprojekt (KFFB)
KulturLink
Museum Lolland-Falster
Netzwerktreffen für EU-Projekte bei CAT
Øresund Logistics
Projekt „Tourism Innovation Management Fehmarnbelt“
(im Aufbau befindlich)
Projekt MusBelt, (im Aufbau befindlich)
Region Skåne
Region Sønderjylland-Schleswig auch vor dem Kontext
der neuen INTERREG-5A-Region.
Regionalkonferenz Sonderborg
SPD Landtagsfraktion (Arbeitskreis Europa)
Tomorrow’s Playground
Universitätskrankenhaus Roskilde
Wirtschaftsförderung Lübeck / Bereich Logistik.
Wirtschaftsförderung Lübeck / Bereich Weiterbildung für
•
•
Arbeitskräfte in der Region.
Wissen auf Tour (Veranstaltung für Lübecker
Kommunalpolitiker)
Wissenschaft trifft Wirtschaft in Lübeck.
Öffentlichkeitsarbeit für das Projekt:
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Logo: Konzeption, Entwurf und Umsetzung mit anschließender Nutzung in allen internen wie auch öffentlichen
Auftritten und Texten des Projektes
Pressemitteilungen: Im Laufe des Projektes wurde eine
Vielzahl von Pressemitteilungen (in deutscher und dänischer Sprache) herausgegeben. Anlässe waren u.a.
• Projektbeginn
• Besuch der SPD-Landtagsfraktion in Lübeck
• Studierendenseminar zur Fehmarnbeltregion an der RUC
• Fehmarnbelt Update! (Vorankündigung und Einladung)
• Projektzusammenfassung und –abschluss
Alle Pressemitteilungen in deutscher und dänischer Sprache lassen sich unter www.beltscience.eu einsehen.
Hinweis auf das Projekt auf verschiedenen Internet-Seiten, u.a.
• auf der deutschen Wikipedia-Seite zur FH Lübeck.
• auf der Homepage von Femern Belt Development
• bei der Initiative „Tomorrow’s Playground“
• sowie auf der Homepage beider Hochschulen
Im Rahmen des Projektes wurden zwei Flyer erstellt, einer
allgemein zum Projekt, der zweite zu Fehmarnbelt Update!
Über das Projekt erschien eine Vielzahl von Artikeln in
der deutschen und dänischen Presse und regionsbezogenen Newslettern, Themen waren u.a.:
• deutsch-dänische Hochschulzusammenarbeit in der Fehmarnbelt-Region.
• grenzüberschreitende, regionsbezogene Netzwerk- arbeit als Grundlage für eine Fehmarnbeltakademie
• Bericht über Studierendenseminar
• Fehmarnbelt Update! (Veranstaltungshinweis)
• Fehmarnbelt Update!
(Berichterstattung von der Veranstaltung)
All diese Artikel stehen auf der Projekthomepage zum
Download zur Verfügung.
Für das Projekt wurde die Homepage www.beltscience.eu
in deutscher und dänischer Sprache erstellt und regelmäßig um aktuelle Projektgeschehnisse erweitert
Zur Information der interessierten Öffentlichkeit wurden
im Laufe des Projekts drei Newsletter (zweisprachig)
erstellt und verschickt.
Außerdem wurde für das Projekt je ein Roll-Up in deutscher und dänischer Sprache erstellt.
Zur Veranstaltungsreihe Fehmarnbelt Update! wurden
außerdem zwei Radiointerviews gegeben.
Auf dem YouTube-Channel der FH Lübeck (erreichbar
unter http://www.youtube.com/oncampusFHL ) finden
•
•
•
•
sich 22 Videos der Veranstaltung „Fehmarnbelt Update!“.
Etliche der Redebeiträge lassen sich hier ansehen, sowohl
in Originalsprache als auch der jeweiligen Übersetzung ins
Dänische bzw. Deutsche.
Ein Book-on-Demand als Veröffentlichung der Projektund Abschlussarbeiten der Studierenden aus Deutschland
und Dänemark befindet sich derzeit in Vorbereitung.
Das Projekt BeltScience hat sich öffentlich u.a. auf folgenden Veranstaltungen präsentiert:
• 14. Baltic Development Forum Summit in
Kopenhagen (18./19.6.2012)
• Fehmarnbelt Days in Lübeck (26.-28.9.2012)
• INTERREG-Erfahrungsaustausch auf der Fähre (7.11.2012)
• INTERREG-5-A-Veranstaltung in Kolding
(12.12.2012)
Der bislang größte öffentliche Auftritt des Projektes
BeltScience war der zweiteilige Workshop “Fehmarnbelt
Update!“ im September und Oktober 2012.
Für das Projekt wird ein ausführlicher Schlussbericht in
deutscher und dänischer Sprache erstellt und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt
Arbeitsgruppe Public Health:
Im Rahmen der Arbeitsgruppe Public Health kam es zu einem
vielfältigen Austausch der Beteiligten über Forschung und
Lehre. Neben mehreren Videokonferenzen fanden auch die
folgenden physischen Treffen statt:
•
•
•
•
•
Treffen der Arbeitsgruppe am 19. Mai 2011 in Lübeck
Treffen der Arbeitsgruppe am 30. November 2011 in
Holeby/Dänemark
Zweitägiges Treffen der Arbeitsgruppe am 16. und
17. Februar 2012 in Lübeck.
Am 27. und 28. November 2012 fand ein großer Workshop
der Arbeitsgruppe in Roskilde statt.
Teilnahme der Arbeitsgruppe am Closing Event am
12. Februar 2013 mit Ergebnisvorstellung
Nach einem umfangreichem Kennenlernen und erstem Austausch über Projekterwartungen und –ziele, Forschungs- und
Lehrmethoden und –schwerpunkte der Hochschulen beiderseits
des Fehmarnbelts begann in der Arbeitsgruppe eine intensive
Diskussion zu einem möglichen Austausch Studierender auf
Projekt- und Abschlussarbeitslevel sowie der Möglichkeit eines
regelmäßigen grenzüberschreitenden Dozentenaustausches.
Ferner wurde in der Arbeitsgruppe die gemeinsame Erstellung
eines wissenschaftlichen Artikels zu regionsbezogenen Themen angeregt und gemeinsame Workshops für Lehrende und
Studierende geplant und durchgeführt. Weitere Gegenstände des
Arbeitspaketes waren u.a. mögliche Auslandspraktika Studierender und die Diskussion regionsrelevanter Forschungsthemen.
Fachhochschule Lübeck
43
Insgesamt hat sich die der Arbeitsgruppe Public Health gezeigt,
dass trotz sehr ähnlicher Problemstellungen und Aufgaben in
der Lehre wie auch in der Gesundheitswirtschaft in der Region,
die Herangehensweise auf beiden Seiten des Fehmarnbelts sehr
unterschiedlich ist. Dies hat dazu geführt, dass die Zusammenarbeit sich teilweise langsamer vollzog als vorgesehen, hat gleichzeitig aber auch neue Perspektiven für eine Kollaboration eröffnet.
Von Beginn an war der Arbeitsgruppe eine Nachhaltigkeit aller
gestarteten Aktivitäten wichtig, so dass es nicht verwundert,
dass Arbeitsgruppe Public Health Initiator und Facilitator des
Letter of Intent zur langfristigen Kooperation beider Partner
nach Ende der INTERREG-Förderung ist.
Außerdem hat sich die Arbeitsgruppe an verschiedenen inhaltlich relevanten Veranstaltungen in der Region beteiligt wie
etwa den Fehmarnbelt Days im September 2012.
Auf der Abschlussveranstaltung des Projektes hat die Arbeitsgruppe vielfältige Perspektiven für weitere Aktivitäten zur
Zusammenarbeit beider Hochschulen im akademischen wie
auch im nicht-akademischen Bereich eröffnet.
Vor dem Kontext der interkulturellen Zusammenarbeit rund um
den Fehmarnbelt entstanden außerdem etliche Projekte von Studierenden, die zeitnah in Buchform veröffentlich werden sollen.
Arbeitsgruppe Logistik und Transport:
Im Rahmen der Arbeitsgruppe Public Health kam es zu einem
vielfältigen Austausch der Beteiligten über Forschung und
Lehre. Neben mehreren Videokonferenzen fanden auch die
folgenden physischen Treffen statt:
•
•
•
•
•
Arbeitsgruppe Interkulturelles Verständnis und Sprache:
Treffen der Arbeitsgruppe am 19. Mai 2011 in Lübeck.
Teilnahme am ecomobility-Seminar der Copenhagen
Business School am 6. Februar 2012.
Treffen der Arbeitsgruppe am 23. März 2012 in Holeby.
Treffen der Arbeitsgruppe am 11. Mai 2012 in Lübeck.
Teilnahme der Arbeitsgruppe und verschiedener Studierender von beiden Hochschulen an der Langen Nacht der
Labore in Lübeck am 2. Juni 2012.
1. und 2. August 2012: Treffen der Arbeitsgruppe und VorOrt-Besuch bei der Kalundborg Symbiosis zusammen mit
Studierenden, der Wirtschaftsförderung Lübeck und dem
Verein „Alles Gute aus Genin e.V.“.
Teilnahme der Arbeitsgruppe am Closing Event am 12.
Februar 2013 mit Ergebnisvorstellung
Schwerpunkt der Arbeit in der Arbeitsgruppe war die Konzeption und Durchführung eines thematisch vielfältigen Bildungsangebotes im Stile einer Summer School. Hierzu gab es Treffen
und Videokonferenzen, die zunächst monatlich, später noch
wesentlich häufiger stattfanden. Für eine optimale Erfassung fand
in Dänemark und Deutschland eine Zielgruppenanalyse statt.
•
Die bewusst für die gesamte Region und nicht nur den
Hochschulkontext offene Veranstaltungsreihe „Fehmarnbelt
Update!“ fand vom 6.-8. September 2012 in Fuglsang / Dänemark und vom 25.-27. Oktober 2012 in Lübeck statt. Zwischen
beiden Terminen fanden E-Learning-Kurse in „Management
& Leadership“ sowie zum Erwerb deutscher und dänischer
Sprachkenntnisse statt. Schwerpunkte der Präsenzwochenenden waren u.a. Geographie, Geschichte und Regionalentwicklung der Fehmarnbeltregion; Wirtschaft & Verwaltung mit
dem Schwerpunkt Arbeits- & Sozialpolitik sowie Sprache &
Kultur beider beteiligter Staaten. Von den insgesamt mehr als
50 Teilnehmerinnen und Teilnehmern wurde die Veranstaltung
insgesamt sehr gut bewertet (Durchschnittsnote 1,5) und das
Wiederbuchungsinteresse ist sehr hoch, so dass über eine Wiederholung der Veranstaltungsreihe intensiv nachgedacht wird.
Desweiteren wurde in der Arbeitsgruppe ein Lehrvideos zum
Thema Biogas mit einem Experteninterview zum Nutzungspotential von Biogas in der Fehmarnbeltregion erstellt. Außerdem
hat auch diese Arbeitsgruppe eine vielfältige Vernetzung der
Arbeitsgruppe mit anderen regionalen Logistikprojekten und
–initiativen beiderseits des Fehmarnbelts betrieben.
44
Fachhochschule Lübeck
•
Auch diese Arbeitsgruppe hat auf vielfältige Weise Studierende
in die Aktivitäten integriert. So entstanden auch mehrere Projekt- und Semesterarbeiten zu Logistikthemen rund um den
Fehmarnbelt.
Studierende:
Im Rahmen des Projektes BeltScience kam es neben einer
Zusammenarbeit der Lehrenden und Forschenden auch zu
einer vielfältigen Integration Studierender in die Aktivitäten.
Hierfür wurde das Projekt an beiden Hochschulen auf verschiedenen Ebenen vorgestellt.
Im November 2011 fand unter Mitwirkung von Femern Baelt
Development außerdem ein Seminar für Studierende in
Roskilde über die Fehmarnbeltregion statt, im darauf folgenden September eines zur Geographie der Region.
Im Rahmen der Langen Nacht der Labore in Lübeck
2012 gab es gemeinsame Präsentationen Studierender des
Logistik-Bereiches.
Weiter gab es eine Teilnahme von Lübecker Studierenden an
dem Workshop und der Exkursion der Arbeitsgruppe Transport und Logistik im August 2012 nach Kalundborg.
Im Laufe des Projektes entstand außerdem eine Vielzahl von
Projektarbeiten von Einzelpersonen und Gruppen von Studierenden an der RUC und der FHL zu regionsspezifischen
Schwerpunkten unterschiedlicher Fachgebiete (u.a. Geographie, Politik, Pflegemarkt und Verwaltung). Außerdem
wurden die unterschiedlichen Studienbedingungen an beiden
Hochschulen im Rahmen einer Studie untersucht. Ein Bookon-Demand mit den im Projektkontext entstandenen Projekt-,
Seminar- und Abschlussarbeiten wird im Frühjahr 2013 verfügbar sein und befindet sich gerade in Vorbereitung.
Desweiteren befindet sich ein formaler möglicher Studierendenaustausch zwischen beiden Hochschulen in Vorbereitung.
Ein solcher bedarf aber neben einer umfangreichen Planung
auch eine finanzielle Grundlage, die aktuell noch nicht zur
Verfügung steht.
werden konnten. Dies liegt vor allem daran, dass sich die
gemeinsamen Aktivitäten der Arbeitsgruppen anders entwickelt haben als geplant:
In der Gruppe Public Health spielte neben gemeinsamer
regionsrelevanter Forschung vor allem der Austausch von
Studierenden und Lehrenden eine größere Rolle, nicht aber das
E-Learning.
Die Arbeitsgruppe zum Interkulturellen Verständnis und der
Sprache hingegen arbeitete auf wesentlich größerer Ebene als
geplant und hat die gemeinsamen Lehrangebote (Fehmarnbelt
Update!) auch für projektexterne Personen geöffnet.
Auch in der Arbeitsgruppe Transport & Logistik bewegten sich
die Arbeiten mit dem Schwerpunkt grenzüberschreitender
Seminar- und Masterarbeiten zunächst in eine andere Richtung
als geplant.
Insgesamt wird das langfristige Ziel einer Fehmarnbelt Universität, die aus dem hier aufgebauten Netzwerk entstehen soll,
durch die breitere thematische Aufstellung als im Antrag noch
stärker untermauert. Die Abweichung von einzelnen Aktivitäten des Zeitplanes bedeutete keine Abkehr von den strukturellen Zielen von BeltScience.
Zielerfüllung:
•
Projektsekretariat:
Das Projektsekretariat von BeltScience hatte umfangreiche
Aufgaben wahrzunehmen: Zum einen war es verantwortlich
für das gesamte Berichtswesen und die finanzielle Abwicklung des Projektes, zum anderen hat es auch umfangreiche
inhaltliche Arbeiten im Rahmen der drei Arbeitsgruppen
wahrgenommen. Außerdem waren viele öffentlichkeitswirksame Angelegenheiten wahrzunehmen. Hierzu gehören neben
der Erstellung von Homepage und Pressemeldungen auch die
Repräsentation des Projektes und seiner Ergebnisse.
•
•
•
Abweichungen von der Projektplanung:
Wegen der starken Komplexität des Projektes und der Komplementarität der beiden Hochschulen sind viele Aktivitäten
langsamer angelaufen als ursprünglich geplant. Zwar hat die
Netzwerkarbeit schon einige Monate eher als ursprünglich vorgesehen begonnen, die Zusammenführung von Zeitplänen und
Interessen aller Beteiligten hat sich jedoch als komplizierter als
ursprünglich angenommen erwiesen.
Im ursprünglichen Projektantrag war eine höhere Anzahl an
E-Learning-Modulen vorgesehen als im Projekt umgesetzt
•
•
Das Ziel eines thematischen, strukturellen und nachhaltigen
Netzwerkaufbaus konnte mit den Projektaktivitäten klar
erfüllt werden. Insgesamt fällt das Netzwerk sogar wesentlich umfangreicher aus als zu Projektbeginn vorgesehen.
Durch die umfangreichen Aktivitäten der Arbeitspakete
konnte auch eine wesentlich verbesserte Verankerung der
Hochschulen in der Region erreicht werden.
Ein weiteres Ziel des Projektes war es, zu untersuchen, in
welchen Bereichen sich die komplementären Hochschulen ergänzen. Die Untersuchung und die Ableitung einer
Kooperationsstrategie haben zwar Ressourcen in Anspruch
genommen, aber auch dieses Ziel ist erfüllt worden.
Wesentliches Projektziel war die Erstellung nachfrageorientierte Bildungsangebote in Abstimmung mit relevanten Cluster-Organisationen: Neben den Aktivitäten der
Arbeitspakete ist zu diesem Thema insbesondere Fehmarnbelt Update! als Zielerfüllung anzuführen.
Das Ziel einer gemeinsamen Forschungsaktivität in den
Arbeitsgruppen Public Health, Transport & Logistik und
Interkulturelles Verständnis & Sprache hat sich in unterschiedlicher Intensität und Ausprägung erfüllt, hat aber
auf allen drei Feldern stattgefunden.
Ein weiteres Projektziel ware die Erzeugung von Wissensund Technologietransferprozesse von den Hochschulen in
die Region: Dieses Ziel wurde nicht nur durch die AktiviFachhochschule Lübeck
45
•
täten der einzelnen Arbeitspakete in ihren Spezialgebieten
erfüllt, sondern insbesondere auch für ein breiteres Publikum durch Fehmarnbelt Update!
Langfristige Ziele des Projektes:
• Nachhaltige Weiterführung des Projektsekretariates: Dies ist derzeit unsicher mangels Ressourcen an der RUC,
das Ziel als solches ist für beide Partner aber weiter relevant
• Die Vision einer regionalen virtuellen Hochschule oder
eines entsprechenden Instituts wird weiterhin verfolgt
Anzahl der durchgeführten
Publizitätsmaßnahmen
8
32
Anzahl der Teilnehmer an
Sprachkursen
25
27
Nachhaltigkeit des Projektes:
•
Insgesamt ist die Zielrichtung beider Partner für eine nachhaltige Hochschulkooperation gleich geblieben und sogar stärker
und auf weniger Themen fokussiert. Sofern es die Ressourcen
zulassen, wird auch weiter an der Erfüllung dieser Ziele und
einer intensiven Kooperation beider Hochschulen gearbeitet.
Zielerfüllung aus Sicht der offiziellen Indikatoren des
•
Projektträgers:
Indikator
erwartet tatsächlich
Anzahl der beteiligten
öffentlichen Partner
2
2
Anzahl der beteiligten semiöffentlichen Partner
10
5
Anzahl der eingebundenen
Unternehmen
0
1
Anzahl der beteiligten Partner
aus der Politik
0
0
Anzahl der beteiligten Partner
aus der Wissenschaft
0
0
Anzahl neuer Konzepte,
Strategien und Studien
8
16
Anzahl gemeinsamer Treffen,
Seminare
29
47
Anzahl gemeinsamer
Veranstaltungen
3
4
Anzahl der Teilnehmer bei
Veranstaltungen
120
101
Anzahl neuer Produkte und
Dienstleistungen
0
3
3/3
2/4
(ausgenommen die beiden Projektpartner)
Anzahl der geschaffenen
Arbeitsplätze
(unterteilt nach Männern/Frauen)
46
Fachhochschule Lübeck
•
•
Einige Aktivitäten des Projektes werden auf Grundlage des
entstandenen Letters of Intent weitergeführt werden können. In Ermangelung von Ressourcen (personell und finanziell) werden diese Aktivitäten allerdings gering ausfallen
und sich vermutlich im Wesentlichen auf den Austausch
der Lehrenden zu Forschungsthemen sowie den Austausch
von Studierenden für Abschlussarbeiten beschränken.
Die Ideen und Erkenntnisgewinne aus der Kooperation in
den Arbeitspaketen werden in die Arbeit an der eigenen
Hochschule übertragen und zu einer stärkeren Fokussierung der Hochschulen auf die Fehmarnbeltregion beitragen.
Die Idee der Vernetzung der Hochschulen in der Region
wird deutlich intensiviert werden. Ein entsprechendes
Positionspapier an der RUC ist bereits in Vorbereitung.
Kostenintensive Aktivitäten wie etwa Fehmarnbelt Update!
können in Ermangelung finanzieller Ressourcen trotz
deutlicher Nachfrage von vielen Seiten zunächst leider
nicht weitergeführt werden, falls keine Anschlussfinanzierung gefunden wird.
Es hat sich gezeigt, wie wichtig die Kooperation sowohl für
die beiden Partner wie auch für die Region ist. Daher ist eine
Anschlussfinanzierung für beide Partner elementar, anderenfalls können die geplanten langfristigen Ziele zunächst nicht
weiter verfolgt werden. Leider scheint die hierfür notwendige
Finanzierung, etwa durch ein Nachfolgeprojekt aus INTERREG, nicht vor Ende 2014 möglich zu sein.
Weitere Informationen zur Kooperation BeltScience erhalten
Sie von: Dipl.-Kfm. Andreas Dörich, Telefon: 0451 300-5463,
E-Mail: andreas.doerich@fh-luebeck.de
BeltScience wurde vom INTERREG IVA-Programm
„Fehmarnbeltregion“ im Rahmen des Europäischen Fonds für
Regionalentwicklung (EFRE) gefördert.
Drugs made in India:
Struktur und Entwicklung des Bangalore Biotech Clusters
Karen Cabos, Dirk Dohse, Oliver Rentzsch
Vorspann
Die Fachhochschule Lübeck pflegt seit Jahren enge Kontakte zu
akademischen Institutionen in der indischen Hightech-Metropole Bangalore. Koordiniert werden diese Kontakte, zu denen
auch ein curricular integrierter Studierendenaustausch gehört,
von den Professoren Dr. Karen Cabos und Dr. Oliver Rentzsch,
beide Fachbereich Maschinenbau und Wirtschaft. Gemeinsam
mit Dr. Dirk Dohse, Leiter der Forschungsabteilung Wissensakkumulation und Wachstum am Kieler Institut für Weltwirtschaft, der seit vielen Jahren als Lehrbeauftragter am Fachbereich tätig ist, haben sie den Bangalore Biotech Cluster unter
die Lupe genommen.
(1) Hintergrund
Die wirtschaftliche Entwicklung Indiens, des neben China am
schnellsten wachsenden BRIC Staates, wird vor allem durch ein
starkes Wachstum des Dienstleistungs- und Technologiesektors getrieben. Zu den Zugpferden der aufstrebenden indischen Wirtschaft gehört neben dem IT-Sektor auch der rasch
wachsende Biotech-Sektor, der 2012 einen Jahresumsatz von
rund vier Milliarden US-Dollar zu verzeichnen hatte, was in
etwa dem Umsatz der deutschen Biotech-Industrie entspricht.
Schätzungen der Association of Biotechnology Led Enterprises
gehen von einem Umsatzpotenzial vom 7,2 Mrd US-Dollar im
Jahre 2015 aus.
Innovation und Wachstum von Hochtechnologiebranchen wie
IT und Biotechnologie vollziehen sich vorwiegend in Clustern,
regionalen Ballungen von Unternehmen, Forschungseinrichtungen und anderen Organisationen, die ein gemeinsames
Tätigkeitsfeld verbindet (Bröcker et al. 2003). In Entwicklungsund Schwellenländern sind Hochtechnologiecluster bis heute
eher selten anzutreffen. Um einen technologischen Aufholprozess zu generieren ist jedoch die Entwicklung funktionierender
Cluster von entscheidender Bedeutung (Porter 1998: 86).
Der wohl bekannteste Hightech-Cluster auf dem indischen
Subkontinent (und vielleicht der bekannteste Cluster in ganz
Asien) befindet sich in der südindischen Stadt Bangalore.
Bangalore ist in den 90er Jahren des 20. Jahrhunderts vor
allem als IT-Cluster, als das „Silicon Valley Asiens“ bekannt
geworden. Gegenwärtig haben dort knapp 40% aller indischen Softwarefirmen ihren Sitz. Auch wenn einige sehr große
Unternehmen darunter sind, wie zum Beispiel Infosys, ist
die Branche vor allem durch KMUs geprägt. Die Dominanz
kleiner und mittlerer Unternehmen ist typisch für die indische
Wirtschaft und hat ihre wesentliche Ursache in der indischen
Arbeitsmarkt- und Industriepolitik, die kleine Unternehmen
bevorzugt, zum Beispiel indem sie Ihnen wesentlich flexiblere
Rahmenbedingungen für Einstellungen und Entlassungen von
Arbeitnehmern gewährt. (Panagarya, 2008). Der Aufstieg des
IT Clusters in Bangalore begann mit der Liberalisierung der
indischen Wirtschaft im Jahre 1991 und hat sich über mehrere
Stufen vollzogen. Zunächst veranlassten die gemessen an der
Qualifikation indischer IT Fachkräfte niedrigen Löhne sowie
die englische Sprachkompetenz vor allem US amerikanische
Unternehmen, Teile ihrer Wertschöpfung nach Indien zu verlagern oder indische Fachkräfte direkt anzustellen. Im Laufe der
Jahre sind sowohl die Produktivität der indischen Fachkräfte
als auch das Lohnniveau in der Branche gestiegen, so dass
einfache Dienstleistungen zwar immer noch den größten Teil
der indischen Exporte ausmachen. Gleichzeitig sind aber zahlreiche Nischenanbieter entstanden, die im oberen Bereich der
Wertschöpfungskette mit Anbietern in den Industrieländern
konkurrieren (vgl.Chaminade und Vang 2008).
Weniger bekannt ist, dass Bangalore sich spätestens seit dem
Beginn des neuen Jahrtausends ebenfalls zu einem international führenden Biotech Cluster entwickelt hat. In diesem
Beitrag beleuchten wir zunächst die Voraussetzungen für die
Entstehung (Abschnitt 2) und die wichtigsten Strukturmerkmale des Bangalore Biotech Clusters (Abschnitt 3). Daran
schließt sich ein Vergleich Bangalores mit seinen wichtigsten
inner-indischen Konkurrenten, den aufstrebenden BiotechStandorten Hyderabad in der Nachbarprovinz Andhra Pradesch, Mumbai und Pune im Westen sowie Delhi im Norden
Indiens an (Abschnitt 4). Abschnitt 5 beschließt die Analyse
mit einer Diskussion der Zukunftsperspektiven des Bangalore Biotech Clusters und einigen wirtschaftspolitischen
Handlungsempfehlungen.
(2) Voraussetzungen für die Entstehung
des Bangalore Biotech Clusters
Für den Erfolg eines Clusters sind Standortbedingungen sowie
Anzahl und Zusammensetzung der Teilnehmer und deren
Interaktion innerhalb des Clusters von entscheidender Bedeutung. Neben den Unternehmen der Biotechnologie gehören
dazu Unternehmen anderer Branchen, die an der Wertschöpfungskette beteiligt sind oder die Produktion unterstützen.
Für die Entstehung eines Biotech-Clusters in Bangalore sind
Fachhochschule Lübeck
47
hier das Vorhandensein eines starken IT-Sektors, die Vielzahl
der der akademischen Institutionen (einschließlich Kliniken)
in der Stadt sowie die starke Präsenz der pharmazeutischen
Industrie besonders hervorzuheben. Daneben ist die Region
um Bangalore ein Zentrum der indischen Agrarwirtschaft.
Während die pharmazeutische Industrie vor allem Abnehmer
von Produkten ist, stellen Krankenhäuser und Agrarwirtschaft
neben Abnehmern auch gute Rahmenbedingungen für die
Durchführung von Tests, Feldversuchen und klinischen Studien sicher, wovon sowohl die Entwicklung der roten wie der
grünen Biotechnologie profitiert. Die IT Branche liefert neben
unterstützenden Dienstleistungen für die Biotechnologie vor
allem die Erfahrung in der Funktionsweise eines seit langem
erfolgreichen Clusters.
Die Vorteile von Hochtechnologie-Clustern können nur
dann voll ausgeschöpft werden, wenn die Akteure über die
Zusammenarbeit in konkreten Projekten hinaus (ProduzentAbnehmer, Universität-Produzent, Produzent-Produzent)
einen intensiven Informations- und Wissensaustausch pflegen. Die Dichte der Wissensströme in einem Cluster ist von
besonderer Bedeutung für die Entwicklung kleiner und junger
Start-up Unternehmen in wissensintensiven Branchen wie der
Biotechnologie, die sich kostspielige eigene F&E nur bedingt
leisten können (Dohse 2000, 2007). Durch die Vielzahl von
Forschungseinrichtungen in Bangalore und die Präsenz des
größten indischen Biotech Unternehmens Biocon wird eine
Vielzahl von „Wissens-Spillovers“ generiert, von denen vor
allem junge Unternehmen profitieren.
Zu den wesentlichen Anforderungen einer High Tech Branche
gehören zum einen der Zugang zu qualifiziertem Personal, zum
anderen Rahmenbedingungen, die die Durchführung auch
großer Forschungsprojekte ermöglichen. Beides wird durch
die Zugehörigkeit von Universitäten, sowie Ausbildungs- und
vor allem Forschungseinrichtungen zum Cluster sichergestellt.
Bereits Staatsgründer Nehru wollte Bangalore in „Indiens Stadt
der Zukunft“ verwandeln, und so investierte die Zen-tralregierung bereits frühzeitig massiv in Spitzenuniversitäten und wissensintensive Branchen. “After independence .. a large number of
educational institutions were established in Bangalore including
four universities, 14 colleges providing scientific and engineering
education and 47 polytechnic schools” (Basant 2006: 11).
Neben der Zusammenarbeit der dem Cluster zugehörigen
Unternehmen und Institutionen sind Standortbedingungen
zentrale Erfolgsfaktoren. Dies betrifft die Verfügbarkeit von
Ressourcen, die vorhandene Infrastruktur, aber auch wirtschaftliche und rechtliche Rahmenbedingungen. Neben der
bereits erwähnten Verfügbarkeit qualifizierten Personals
spielt unter den Ressourcen vor allem das Vorhandensein von
Kapital eine entscheidende Rolle. Wie in vielen Bereichen der
Hochtechnologie ist die Entwicklung neuer Produkte in der
Biotechnologie mit hohen Anfangsinvestitionen verbunden.
Am Anfang eines Projekts, wenn die Gefahr des Scheiterns
noch besonders hoch ist, ist der Kapitalbedarf also besonders groß. Neben dem Vorhandensein einer Infrastruktur
im engeren Sinn, die durch die Zusammenarbeit im Cluster
bereitgestellt wird, sind Rahmenbedingungen wie das Verkehrsnetz und die Energieversorgung bedeutsam. Schließlich
darf nicht übersehen werden, dass aufgrund der großen Armut
die Alphabetisierungsquote in Indien bei knapp 70% liegt; über
60% der Bevölkerung verfügen maximal über eine Grundschulausbildung (Ahuja et al, 2008: 5). Um ein hinreichendes
Angebot an qualifizierten Arbeitskräften sicherzustellen, ist
also auch eine entsprechende Zuwanderung von Arbeitskräften
aus anderen Regionen Indiens erforderlich. Wie in Abschnitt
3 näher ausgeführt wird, nimmt Bangalore hinsichtlich seiner
Bildungsinstitutionen eine herausragende Rolle in Indien ein
und hat überdies eine große Anzahl von Studierenden und
Wanderarbeitern aus anderen Regionen Indiens (insbesondere
aus dem ärmeren Norden des Landes) attrahieren können.
(3) Strukturmerkmale des Bangalore Biotech Clusters
Größe und Zusammensetzung des Clusters
Gemessen an der Anzahl der Unternehmen und an deren
Umsatz ist Bangalore der führende Biotech-Standort in Indien.
Rund 175 Biotechunternehmen (das entspricht etwa 40% aller
indischen Biotechnologiefirmen) haben hier ihren Sitz (vgl.
Biotech Standorte Indien
48
Fachhochschule Lübeck
Biotechnologie.de, 2012). Bezogen auf den Umsatz schmilzt
der Vorsprung Bangalores gegenüber der stark wachsenden
Konkurrenz in anderen indischen Metropolen jedoch dahin,
worauf in Abschnitt 4 näher eingegangen wird.
der zu einer schnelleren Verbreitung von Wissen beiträgt, auf
der anderen Seite aber Fragen des Schutzes von intellektuellen
Eigentumsrechten – insbesondere ausländischer Investoren in
Indien – aufwirft.
Neben zahlreichen kleineren Unternehmen hat auch Indiens
größtes Biotech-Unternehmen Biocon seinen Sitz in Bangalore.
Die Gründung der Biocon, eines Herstellers von Biosimilars
und insbesondere Insulin im Jahre 1978 hat wesentlich zur Entwicklung Bangalores als Biotech Cluster beigetragen und auch
heute noch spielt Biocon mit mehr als 40% des Gesamtumsatzes
aller Biotech-Unternehmen eine führende Rolle im Cluster.
Von Regierungsebene ist die Unterstützung des Clusters durch
gemeinsam zu nutzende Einrichtungen wie Technologieparks
in Bangalore im Vergleich zu anderen Standorten wie Hyderabad oder Pune eher unterentwickelt – möglicherweise ein
Nachteil, der sich aus der wahrgenommenen Dominanz des IT
Clusters ergibt.
Academia-Industry Linkages
Die 1991 begonnene Öffnung und Liberalisierung der indischen Wirtschaft vollzieht sich in unterschiedlichem Tempo in
unterschiedlichen Sektoren. Während die Privatisierung und
insbesondere die Öffnung für ausländische Direktinvestitionen zum Beispiel in den Infrastruktur schaffenden Sektoren
weitgehend abgeschlossen ist, erfolgt sie im Bildungssektor in
kleinen Schritten (Panagariya, 2008: 107). Zudem überschneiden sich die Zuständigkeiten der Zentralregierung und der
Bundesstaaten. Während ausländische Direktinvestitionen im
Bildungssektor nach wie vor nicht zulässig sind, hat die Privatisierung in diesem Bereich bereits große Fortschritte gemacht.
Bangalores Heimatprovinz Karnataka hat früh die vorhandenen Privatisierungsspielräume genutzt und verfügt daher
als Bundesstaat über das beste Angebot an Hochschulen und
Forschungseinrichtungen. Unter anderem ist mit dem Indian
Institute of Science eines der beiden führenden Forschungsinstitute im Bereich der Biotechnologie in Bangalore ansässig. Die
Forschungsaktivitäten dieses Institutes sind beispielhaft dafür,
wie der Biotechnologiesektor in Bangalore von den Clustervorteilen durch den benachbarten IT Cluster profitiert.
Zusammenarbeit im Cluster
Formell erkennbar ist die Zusammenarbeit im Cluster durch
die Bangalore Bio, eine der größten Biotechnologie Messen
Indiens, die seit 2002 stattfindet. Forschung und Lehre sind an
den Universitäten in Indien weniger praxisorientiert ausgerichtet als dies beispielsweise in Deutschland oder den USA der
Fall ist. Dies führt auch in Bangalore dazu, dass das Angebot an
arbeitsmarktfähigen Absolventen und Absolventinnen durch
entsprechende Studienbestandteile und Forschungsprojekte
verbessert werden könnte. Dem ist gegenüberzustellen, dass die
Arbeitsmarktmobilität junger Akademiker in Indien weitaus
größer ist als in den Industrieländern. So ist es durchaus die
Regel, dass der Arbeitsplatz während der ersten 10 Jahre des
Berufslebens alle 1 bis 2 Jahre gewechselt wird. Dabei wird es
nicht als ehrenrührig empfunden, Kenntnisse aus vorherigen
Arbeitsverhältnissen als Kapital zu nutzen – ein Mechanismus,
Zugang zum Kapitalmarkt
Im Vergleich der indischen Bundesstaaten verfügt Bangalore
über einen gut entwickelten Bankensektor (Ahuja et. al. 2008:
18). Die Kapitalanforderungen der Biotech Branche können
jedoch wie bereits beschrieben zu großen Teilen nur durch Risikokapital gedeckt werden. Dies gilt in besonderem Maße für die
zahlreichen kleinen und mittleren Unternehmen der Branche.
Das Risiko-Segment des Kapitalmarktes ist in Indien generell
noch unterentwickelt, unter anderem auch weil internationale
Kapitalströme noch Einschränkungen unterliegen. Zudem
besteht in diesem Bereich eine Konkurrenz zu anderen innovativen Branchen. In Bangalore ist dies vor allem dem IT Sektor, der
nach wie vor den größten Teil des Angebots auf sich zieht.
Infrastruktur und Lebensqualität
Wie alle indischen Großstädte hat Bangalore das Problem eines
unterentwickelten Verkehrsnetzes. Auch wenn sich die Verkehrssituation weniger dramatisch darstellt als beispielsweise in
Mumbai, können Arbeitswege von wenigen Kilometern zu den
Stoßzeiten mehrere Stunden erfordern. Dies betrifft Arbeitswege in stärkerem Maße als die Wege zwischen Unternehmen,
bzw. Universitäten und Unternehmen, weil diese zum großen
Teil in gemeinsamen Stadtvierteln angesiedelt sind. Für die IT
Industrie haben sich die Bezirke Electronic City und Whitefield
etabliert, in denen auch Hochschulen, Forschungseinrichtungen
und Biotech Unternehmen ansässig sind. Als problematisch
erweist sich mehr und mehr, dass notwendige Investitionen
in die Erweiterung der Infrastruktur verschoben wurden oder
ganz unterblieben sind. Das Handelsblatt merkte hierzu bereits
im Jahre 2006 an, dass die indische Regierung, die Bangalores
Entwicklung zur High Tech Metropole jahrzehntelang unterstützt hat es versäume, den kometenhaften Aufstieg der Stadt
zu einem der führenden Technologiezentren der Welt durch
dringend notwendige Infrastrukturinvestitionen abzusichern.
Etwas Entlastung der Verkehrssituation hat die Eröffnung des
ersten Abschnittes der Metro im Jahre 2011 gebracht, die weiter
entlegenen Industrieparks sind aber bislang nicht erschlossen.
Die Möglichkeiten der internationalen Anbindung haben sich
durch die Eröffnung des neuen internationalen Flughafens im
Fachhochschule Lübeck
49
Jahr 2008 deutlich verbessert. Neben weit größeren Kapazitäten
ist er besser an das Zentrum angebunden und wurde inzwischen als einer der besten Flughäfen Indiens ausgezeichnet.
(4) Bangalore im Vergleich zu anderen
Schließlich besitzt Bangalore als Wohnort in Indien den
großen Vorteil eines sehr gemäßigten Klimas. Die Temperaturschwankungen sind geringer als im Norden des Landes mit
seiner extremen Hitze, der Monsun sehr mäßig. Viele junge
Menschen, die aufgrund des guten Ausbildungsangebots aus
anderen Teilen Indiens nach Bangalore ziehen, bleiben dem
Standort nach Abschluss der Ausbildung erhalten. Wie viele
rasch wachsende Regionen wird allerdings auch Bangalore die
Herausforderungen zunehmender sozialer Ungleichgewichte
meistern müssen.
Der indische Life-Sciences Markt ist der zweitgrößte in Asien
und hat beeindruckende Wachstumsraten zu verzeichnen. Die
stürmische Entwicklung der Branche und Defizite am Standort
Bangalore (insbesondere Infrastrukturengpässe) haben dazu
beigetragen, dass andere Biotech-Standorte in Indien in den
letzten Jahren ein sehr dynamische Entwicklung genommen
haben. Zu den wichtigsten inner-indischen Konkurrenten Bangalores gehören die aufstrebenden Biotech-Standorte Hyderabad in der benachbarten Provinz Andhra Pradesch, Mumbai
und Pune im Westen sowie Delhi im Norden Indiens. In Tabelle
1 sind in vergleichender Form einige strukturelle Kennzeichen
der wichtigsten indischen Biotech Standorte dargestellt.
Biotech-Standorten in Indien
1 Prahalathan S. et. al., Biotechnology Industry in India: Opportunities for Growth, Export‐Import Bank of India, Occasional Paper No. 137, 2011
2 http://www.biospectrumindia.com/biospecindia/news/157821/bangalore‐biotech‐city
Struktur- und Kenndaten zu den Biotech-Clustern in Indien
50
Fachhochschule Lübeck
Bei der vergleichenden Betrachtung der einzelnen Cluster wird
deutlich, dass der Bangalore Cluster eine Reihe von Besonderheiten aufweist. Die Anfänge des Clusters reichen zurück
bis in das Jahr 1978; er ist damit – neben Pune – der älteste
Biotech-Standort in Indien. Die Grundlage der Clusterbildung
war die Gründung der Firma Biocon im Jahre 1978, die auf
die Herstellung von Biosimilars und insbesondere von Insulin
spezialisiert ist. Die nächstgrößeren Unternehmen sind NovoNordisk India (Diabetes-Medikamente und Hormonpräparate)
und Novozymes South Asia (Enzyme und Mikroorganismen)
– zwei Tochtergesellschaften multinationaler Unternehmen, die
ihren Stammsitz in Dänemark haben.
Trotz der dominierenden Stellung der ‚großen Drei‘, die über
60 % des Gesamtumsatzes im Cluster auf sich vereinigen,
hat Bangalore ein diverses Portfolio an biotechnologischen
Produkten entwickelt. „ Bangalore is emerging as a diverse
biotech cluster. It covers enzymes (Biocon), bio-therapeutics
(Biocon, Gangagen), bio-informatics [Strand Genomics,
Bigtech, Kshema …], plant genetics and genomics (Avesthagen, Monsanto, Metahelix, Advanta), contract R&D (Syngene,
Aurigene, Genotypic Technology, Avesthagen, Bangalore
Genei), and bio-processing and bio-instrumentation (Sartorius,
WIPRO-GE, Photonics and Bio-molecules, Bangalore Genie,
Millipore).” (Basant 2006: 4).
Auffällig ist jedoch, dass das Umsatzwachstum in Bangalore
mit rund 14 % deutlich hinter dem Wachstum der Branche
mit über 20 % zurückbleibt. Eine mögliche Ursache hierfür
liegt in dem überproportionalen Einfluss des Unternehmens
Biocon (2007-2008: +10 % Umsatz) . Weitere Ursachen sind in
den immer offensichtlicher zu Tage tretenden Infrastrukturengpässen in Bangalore und der aggressiven Ansiedlungs- und
Förderpolitik der Konkurrenzstandorte (vor allem Hyderabad
und Delhi) zu sehen. Im Wettbewerb der Standorte in Indien
stellt sich daher die Frage, ob der Bangalore Biotech Cluster
seine führende Position wird aufrechterhalten können, bzw.
wie Rahmenbedingungen geschaffen oder verändert werden
müssten, um den Erfolg fortzusetzen.
(5) Zukunftsperspektiven und Politikempfehlungen
Bangalore ist einer der ältesten und mit rund 175 Biotech
Unternehmen nach wie vor der bedeutsamste Biotech-Standort
auf dem indischen Subkontinent. Allerdings ist das Wachstum in jüngster Zeit hinter dem indischen Durchschnitt
zurückgeblieben und Bangalore sieht sich einer wachsenden
Konkurrenz aufstrebender Biotech-Standorte wir Hyderabad,
Pune oder Mumbai gegenüber. Auf längere Sicht wird Bangalore seine Spitzenstellung daher nur halten können, wenn die
Cluster-Akteure vorausschauend handeln, die strukturellen
Vorteile des Bangalore Biotech Cluster konsequent weiterent-
wickeln und bestehende bzw. künftig zu erwartende Engpässe
beseitigen.
(I) Auf die Entwicklung innovativer Produkte abzielen
Bislang ist Indien vorwiegend als Generikaproduzent und als
Standort für Outsourcing bzw. Auftragsforschung (Erprobung
neuer Medikamente und Durchführung klinischer Studien) für
internationale Pharmakonzerne bekannt (Biotechnologie.de,
2012). Allerdings ist derzeit ein deutlicher Wandel beobachtbar,
der durch die Angleichung der nationalen indischen Gesetzgebung an das TRIPS-Abkommen (Trade Related Intellectual
Property Rights) der WTO im Jahre 2005 eingeleitet wurde.
Der bessere Schutz geistiger Eigentumsrechte hat viele indische
Biotech-Unternehmen veranlasst, eigene Forschungsaktivitäten aufzunehmen bzw. zu verstärken. Unterstützt werden die
Forschungsaktivitäten der Unternehmen vom Department of
Biotechnology (DBT), einer dem indischen Wissenschaftsund Technologieministerium angegliederten Behörde. Das
DBT ist mit der Umsetzung der Nationalen BiotechnologieEntwicklungsstrategie beauftragt und hat (bezogen auf einen
5-Jahres-Zeitraum) ein Budget von mehr als einer Milliarde
Euro zur Verfügung. Jüngere Untersuchungen zeigen, dass eine
zunehmende Zahl indischer Biotech-Unternehmen dabei ist,
die Phase der Generikaproduktion und Auftragsforschung
hinter sich zu lassen und eigene, innovative Produkte zu entwickeln (Kumar 2007, Ernst and Young 2011). Der Bangalore
Biotech Cluster hat das Potenzial, bei der Entwicklung innovativer Produkte eine Vorreiterrolle zu übernehmen. Hierzu
ist es wichtig, die strukturellen Vorteile des Bangalore Biotech
Cluster konsequent weiterzuentwickeln.
(II) Strukturelle Vorteile des Bangalore Clusters konsequent
weiterentwickeln
Der Technologiestandort Bangalore verfügt über herausragende Kompetenz sowohl im IT Bereich wie in der Biotechnologie. Darüber hinaus ist Bangalore dabei, sich als Indiens
führender Standort im Bereich einer dritten Schlüsseltechnologie, der Nanotechnologie, zu etablieren. Nach außen hin wird
dies u.a. daran sichtbar, dass in der Stadt alle drei Jahre die
Bangalore Nano, eine der weltgrößten Messen im Bereich der
Nanotechnologie stattfindet. Eine Entscheidung der indischen
Regierung von weit reichender strategischer Bedeutung ist
die Gründung des indische Nano Manufacturing Technology
Centre (NMTC) am Standort Bangalore. Das NMTC ist Teil
des indischen „Central Manufacturing Technology Institute“, das ebenfalls in Bangalore ansässig ist. Zu den Aufgaben des NMTC gehört es, die Entwicklung und Anwendung
von Nanotechnologie in der indischen Industrie zu fördern,
Nanoprodukte und Nanokontrollsysteme zu entwickeln,
Forschung im Bereich des Nano-Integrated-Manufacturing zu
unterstützen, die internationale Wettbewerbsfähigkeit indischer
Fachhochschule Lübeck
51
Unternehmen im Bereich der Nanotechnologie zu fördern und
die Nano Technology Initiative der indischen Zentralregierung
umzusetzen.
Bangalores Kompetenz in den drei Schlüsseltechnologien IT,
Biotechnologie und Nanotechnologie legt nahe, dass sich der
Bangalore Cluster in den stark wachsenden Synergiebereichen
dieser drei Technologien spezialisiert. (siehe Abbildung 1)
benachteiligter Schichten (insbesondere der „rural youth“ im
Umland von Bangalore) notwendig. Ansonsten versiegt auf
lange Sicht Bangalores wichtigster Rohstoff: Das Kapital in den
Köpfen seiner Einwohner.
Literatur
Ahuja, M., Armanious, R., Arnaud, E., D’Souza, S. und
N.Kanehira (2008). Bangalore Biotech Cluster: An analysis of
the competitiveness of the biotechnology cluster in Bangalore
and opportunities for its development. Institute for Strategy and
Competitiveness, Harvard Business School Working Paper.
Basant, R. (2006). Bangalore Cluster: Evolution, Growth and
Challenges. Indian Institute of Management Working Paper
2006-05-02.
Biotechnologie.de (2012). Länder im Fokus: Biotechnologie in
Indien. Elektronische Ressource: http://www.biotechnologie.de/
BIO/Navigation/DE/Hintergrund/laender-im-fokus,did=70946.
html?listBlId=74632&sortSelect=AscendingTitle
Bröcker, J., Dohse, D. und R. Soltwedel (Hrsg.) (2003). Innovation Clusters and Interregional Competition, Springer: Berlin,
Heidelberg und New York.
Abbildung 1: Schnittstellen von Biotech, InfoTech und NanoTech
Die exzellenten Forschungsinstitutionen am Standort und
die jüngsten Investitionen der Zentralregierung in die Nanotechnologie am Standort Bangalore schaffen dafür günstige
Voraussetzungen.
(III) Enpässe beseitigen
Wie in Abschnitt 3 bereits angesprochen, hat die Infrastrukturentwicklung am Standort Bangalore mit dem raschen Wachstum
der Stadt nicht Schritt gehalten. Engpässe bestehen aber nicht
nur im Bereich der Verkehrsinfrastruktur, sondern auch im
Bereich der IT-Infrastruktur außerhalb der Industrie- und Technologieparks. Große Teile der Bevölkerung außerhalb der High
Tech–Zentren werden zunehmend abgehängt: „Current policies
are geared towards empowering 80,000 high tech workers in
a region with over 4 million people, most of them under the
poverty line and living in slums” (Gore and Mhatre 2004: 14).
Der zunehmende „digital divide“ bedroht dabei nicht nur die
Wachstumsaussichten, sondern auch die soziale und politische
Stabilität in der Region. Ethnische Konflikte und gar ethnische
Vertreibungen von Studenten und Wanderarbeitern aus dem
Norden des Landes im Sommer 2012 geben davon einen Vorgeschmack. Neben Investitionen in die physische Infrastruktur
sind daher auch Investitionen in die Bildung und Teilhabe
52
Fachhochschule Lübeck
Chaminade, C. und J. Vang (2008). Globalization of knowledge
production an regional innovation policy: Supporting specialized hubs in the Bangalore software industry, Research Policy
37: 1684-1696.
Dohse, D. (2000). Technology Policy and the Regions: The Case
of the BioRegio Contest, Research Policy 29: 1111–1133.
Dohse, D. (2007). Cluster-Based Technology Policy—The German Experience, Industry and Innovation 14: 69-94.
Ernst and Young (2011). Beyond Borders. Global Biotechnology
Report 2011.
Gore A. and Mhatre, P. (2004). Regional Analysis and Recommendations for High Tech Cluster Economies: Bangalore, India
and Silicon Valley, USA, in P. Shapira (Hrsg.): Economic Development and Analysis, elektronische Ressource: http://urbanplanningblog.com/papers/Pratik%20Mhatre%20%20Silicon%20
Valley%20and%20Bangalore%20Cluster%20Comparison.pdf
Kumar A. (2007). Indian Biotech Bazaar: A swot analysis,
Biotechnology Journal 2007, 2: 543-545.
Panagariya, A. (2008): India – The Emerging Giant, Oxford
University Press, New York.
Höhenbestimmung mittels Luftdrucksensoren und differentieller
Messung für Indoor-Anwendungen
Christian Bollmeyer1, Tim Esemann1, Hartmut Gehring², Horst Hellbrück1
Fachhochschule Lübeck, Fachbereich Elektrotechnik und Informatik
Universität zu Lübeck, Klinik für Anästhesiologie
1
2
Einführung
Das Global Positioning System (GPS) wird von vielen Nutzern
weltweit in Navigationsgeräten im Auto oder mit dem Smartphone zur Lokalisierung bzw. Navigation eingesetzt. Für die
Lokalisierung per GPS werden Satelliten in der Erdumlaufbahn
benutzt, welche ein permanentes Funksignal mit aktueller Position des Satelliten und hochgenauer Uhrzeit zur Erde senden.
Diese Funksignale werden von den GPS-Empfängern empfangen und ausgewertet. Dabei benötigt man vier Satelliten, um
die drei Koordinaten und die Zeit am Empfänger bestimmen
zu können.
Innerhalb von Gebäuden stößt dieses System jedoch an Grenzen, da die Signale vom Material des Gebäudes gedämpft und
nicht mehr korrekt empfangen werden können [1]. Weiterhin
kann es zu Reflektionen kommen, welche die Signalauswertung
verfälschen können. Auch innerhalb von Gebäuden gibt es
vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für eine Lokalisierung.
So wäre es möglich, Produkte innerhalb eines Lagerhauses zu
lokalisieren, Einsatzkräfte im Falle eines Brandes im Gebäude
zu orten oder dies für neue Ansätze in der Medizin zu verwenden [2] [3]. Die sich daraus ergebenden möglichen Anwendungen sind vielfältig.
In diesem Artikel zeigen wir, wie unser neuer Ansatz einen
Teil des Lokalisierungsproblems, nämlich die Bestimmung
der z-Komponente, auf kostengünstige und einfache Art löst.
Der Rest des Artikels gliedert sich wie folgt. Zuerst wird die
Problemstellung geschildert und heutige Verfahren zur IndoorLokalisierung aufgezeigt. Nach der Beschreibung der physikalischen Grundlagen sowie Vorüberlegungen wird der verwendete Ansatz erklärt. Der Abschnitt Implementierung beschreibt
die Umsetzung mithilfe von TriSOS Sensorknoten [4]. Nach
der Evaluierung der Messergebnisse schließt der Artikel mit
einer kurzen Zusammenfassung und einem Ausblick.
Problemstellung
Im Gegensatz zu Outdoor-Anwendungen, die oft keine hohe
Genauigkeit benötigen, wie z.B. Navigationshilfen, die Messfehler von einigen Metern besitzen, sind die Anforderungen im
Indoor-Bereich deutlich höher. Abhängig von den räumlichen
Gegebenheiten kann ein Messfehler von 2m z.B. schon den
Unterschied zwischen zwei Etagen bedeuten. Solche großen
Fehler machen eine Indoor- Lokalisierung für viele Anwendungen ungeeignet. Hinzu kommt, dass im Indoor-Bereich
viele Gegenstände, z.B. Einrichtungsgegenstände oder technisches Gerät, vorhanden sind, welche je nach Messmethode
Einfluss auf das Messergebnis haben oder diese unmöglich
machen können. Zusammenfassend muss das Verfahren daher
robust gegen etwaige Veränderungen in der Umgebung sein
und über eine möglichste hohe Genauigkeit und Präzision
verfügen. Dabei beschreibt die Genauigkeit den mittleren
Lokalisierungsfehler des Systems gegenüber der realen Position. Der Lokalisationsfehler ist der euklidische Abstand zwischen gemessener Position und realer Position. Die Präzision
beschreibt die statistische Verteilung des Lokalisationsfehlers
[2], also die Schwankung der Messwerte bei einer Messreihe.
Die Präzision berechnet sich aus der statistischen Verteilung
des Lokalisierungsfehlers. Die Präzision lässt sich mit dem Vertrauensintervall beschreiben. Z.B. Ist der Messfehler mit einer
Wahrscheinlichkeit von 95% kleiner als 10 Zentimeter.
Stand der Technik
Heutige Verfahren für Indoor-Lokalisierung können in zwei
Gruppen eingeteilt werden. Die erste Gruppe sind optische
Verfahren. Diese Verfahren erzielen ein sehr hohe Genauigkeit,
benötigen dafür aber eine freie Sichtverbindung zu dem zu
lokalisierenden Objekt. Die zweite Gruppe, hier als sonstige
Verfahren bezeichnet, funktioniert auch mit Hindernissen in
der Sichtverbindung zum Objekt. Da Hindernisse bei IndoorAnwendungen nicht auszuschließen sind, ist der Einsatz von
nicht-optischen Verfahren von Vorteil. Ein Beispiel für ein
nicht-optisches Verfahren ist die funkbasierte Lokalisierung.
Hierzu wird entweder die Signalstärke von empfangenen
WLAN-Signalen gemessen oder die Laufzeitunterschiede von
Funksignalen zwischen verschiedenen Sensoren, sowie der
Einfallswinkels des Funksignals gemessen [2]. Verfahren basierend auf der WLAN-Signalstärkemessung sind zwar kostengünstig umzusetzen, erzielen jedoch eine geringe Genauigkeit
(mehrere Meter). Zusätzlich kann die WLAN-Signalstärkemessung mit Beschleunigungssensoren kombiniert werden, was
in [5] näher beschrieben ist. Dieses hybride Verfahren erreicht
eine Genauigkeit von einem Meter. Höhere Genauigkeiten
mit bis zu 10 Zentimeter, erreichen Systeme mit Laufzeit- und
Winkelmessungen von Ultra-Breitband Signalen (engl. UWB).
Der Aufbau und die Handhabung sowie Inbetriebnahme dieser
Systeme ist komplex. Dies und der erforderliche hohe RechenFachhochschule Lübeck
53
aufwand der Lokalisierungsverfahren sind aufwendig und
damit auch mit hohen Anschaffungskosten verbunden.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass die Genauigkeit kostengünstiger und einfach einzusetzender Verfahren ungenaue
Ergebnisse erzielt. Genaue Indoor-Lokalisierungsverfahren
benötigen entweder eine freie Sichtverbindung oder sind in der
Umsetzung komplex und somit teuer. Es wird daher in dieser
Arbeit ein neues Verfahren vorgestellt, das kostengünstig und
genau die Höhe von Objekten bestimmen kann. Dieses System
kann bestehende Systeme ergänzen.
Lösungsansatz
Grundlage für die Bestimmung der Höhe eines Objektes in
unserem Verfahren, bildet die differentielle Luftdruckmessung
mittels Luftdrucksensoren. Dabei wird der physikalische Effekt
genutzt, dass der Luftdruck mit zunehmender Höhe abnimmt.
Dieser Effekt wird durch die bekannte barometrische Höhenformel mathematisch beschrieben [6]:
In dieser Formel ist p(h) der Druck in der Höhe h,
die
Dichte der Luft, g die Erdbeschleunigung,
der Referenzdruck in einer bestimmten Höhe. Dabei werden p(h) und
durch Messung bzw. Kalibrierung im Messverfahren bestimmt,
wie später erläutert wird. Die Dichte
der Luft ist von der
Temperatur und Luftfeuchtigkeit abhängig. Die Luftfeuchtigkeit hat aber nur wenig Einfluss auf die Genauigkeit [3], so dass
sie in dem Verfahren als konstant angenommen wird. Der Einfluss der Temperatur auf die Dichte
kann nach [3] berechnet werden, da sie einen größeren Einfluss auf die ermittelte
Höhe hat. Die anvisierte Genauigkeit der Höhenmessung von
weniger als 10 cm benötigt hochauflösende Luftdrucksensoren
zu verwenden, welche auch kleinste Luftdruckveränderungen
auflösen können.
Abbildung 1 zeigt die Messkurven zweier Luftdrucksensoren
über einen Zeitraum von 180 Sekunden. Beide Luftdrucksensoren befinden sich in unmittelbarer Nähe voneinander auf
gleicher Höhe. Es ist ein Versatz (Offset) von 0.1mbar zwischen
den beiden Kurven zu erkennen.
Des Weiteren zeigt Abbildung 1, dass sich der gemessene
Luftdruck sprunghaft ändern kann. Die Ursache für diese
plötzlichen Luftdruckschwankungen in diesem Fall, ist das
mehrmalige Öffnen und Schließen einer Tür im Zeitrahmen
von 20-60 s. Es wurde zudem danach ein Fenster des Raumes
geöffnet. Die resultierenden Luftdruckschwankungen sind
ebenfalls im Luftdruckverlauf bei einer Zeit von 122 Sekunden
und 170 Sekunden zu erkennen. Die Luftdruckschwankungen
54
Fachhochschule Lübeck
Abbildung 1: Messwerte von zwei Luftdrucksensoren unter Umgebungseinflüssen
treten zur selben Zeit an beiden Luftdrucksensoren auf, da
sich diese im gleichen Raum befanden. Im Zeitraum zwischen
20-40 Sekunden schwankt der gemessene Luftdruck bis auf den
Offset synchron in beiden Kurven.
Diese Messungen zeigen, dass in einer Indoor-Anwendung
der Luftdruck sich z.B. durch Öffnen und Schließen von Türen
kurzzeitig stark verändern kann. Weiterhin können Lüftungen
einen permanenten Über- oder Unterdruck erzeugen. Um ein
genaues Messsystem zu entwickeln, müssen diese Messfehler
berücksichtigt werden. Als erstes ist es notwendig den Offset
vor der Messung zu kompensieren, da dies sonst nach der oben
beschriebenen barometrischen Höhenformel zu einem Fehler
in der berechneten Höhe führt. Zum anderen dürfen die Luftdruckschwankungen, welche in Abbildung 1 zu sehen sind, die
Luftdruckmessung nicht verfälschen, da dies Einfluss auf die
Höhenberechnung hat.
Den Einfluss von Luftdruckschwankungen auf die Höhenbestimmung kann durch eine synchrone Differenzmessung mit
mehreren Luftdrucksensoren eliminiert werden. Dabei geht
man davon aus, dass die Luftdrucksensoren zur gleichen Zeit
denselben Luftdruckschwankungen ausgesetzt sind. Dies ist
dann gegeben, wenn sich die Luftdrucksensoren in räumlicher
Nähe voneinander befinden z.B. in einem gemeinsamen Raum.
Wird nun nur die Luftdruckdifferenz der beiden Luftdruckwerte betrachtet, heben sich Luftdruckschwankungen gegenseitig auf. Folglich enthält ein System mindestens eine Referenz
und eine synchronisierte Messung des Luftdrucks, um den
Fehler durch Luftdruckschwankungen zu minimieren. Die
Implementierung der synchronisierten Messung, sowie der
Hardware-Aufbau beschreibt der nächste Abschnitt.
Implementierung des Messsystems
Hardwareplattform für die Implementierung des Verfahrens
sind TriSOS-Sensorknoten, der Forschungsgruppe CoSA [4].
Die Sensorknoten bestehen aus den Hauptkomponenten
Mikrocontroller (ATXMEGA128A1) und IEEE 802.15.4
Funkmodul. Der hochgenaue Luftdrucksensor MS5803-01BA
von Measurement Specialties ist stromsparend und bietet eine
Auflösung von 24 Bit sowie eine I²C Schnittstelle [7].
ten verwendet. Wie in Abbildung 3 gezeigt lässt sich mit der
Hardware ein IEEE802.15.4 Netzwerk mit mehreren Sensorknoten aufbauen. Mindestens ein Sensor dient als Referenz mit
einer bekannten Höhe. Die Messung liefert dann als Ergebnis
den relativen Höhenunterschied zum Referenzknoten oder
bei bekannter Höhe des Referenzknoten die absolute Höhe.
Der Referenzknoten und der Messknoten besitzen die gleiche
Hardware. Die Rolle wird über die Software festgelegt. Es ist zu
beachten, dass Sensoren auch zur Weiterleitung der Messwerte
eingesetzt werden. Sind Referenz- und Messsensor in Funkreichweite voneinander ist eine Weiterleitung nicht notwendig.
Abbildung 2: TriSOS Sensorknoten und Erweiterungsplatine für die
Luftdruckmessung
Die höchste Auflösung der Druckmessung des Sensors ist 0,012
mbar. Er bietet außerdem eine Temperaturmessung zur Temperaturkompensation mit einer Auflösung von 0,01° Celsius.
Bei hohen Genauigkeitsanforderungen an den Sensor ist die
Versorgungsspannung zu stabilisieren, da Spannungsschwankungen eine Streuung der Messwerte verursacht. Durch
Glättung der Versorgungsspannung Mithilfe eines Tiefpasses,
können diese hochfrequenten Störungen gefiltert werden. In
[3] wurde gezeigt, dass die gefilterte Versorgungsspannung
des TriSOS Knotens keinen Einfluss auf die AD-Wandlung
des Luftdrucksensors hat. Abbildung 2 zeigt einen TriSOS
Sensorknoten zusammen mit der Erweiterungsplatine für die
Luftdruckmessung. Durch die geringe Baugröße des Luftdrucksensors lässt sich das hier vorgeschlagene Messverfahren auch
in kleinen Geräten einsetzen.
Abbildung 4: Blockschaltbild eines Sensormoduls
Abbildung 4 zeigt den Aufbau eines Sensormoduls mit den
einzelnen Komponenten sowie die Verarbeitungskette. Ein
eventueller Messunterschied zwischen Sensor und Referenz,
wie er in Abbildung 1 vorhanden ist, wird einmalig vor Beginn
der Messung durch Kalibration ausglichen. Dies bestimmt auch
den Bezugspunkt der Differenzmessung d.h. die Höhenbestimmung wird auf Bezug dieses Punktes durchgeführt. Jedes
Sensormodul verfügt über einen Druckaufnehmer zur Messung des Luftdrucks. Die hochaufgelöste Messung des Luftdrucks benötigt eine Zeit von ca. 10 ms. Somit können bis zu
100 Messwerte pro Sekunde ausgelesen werden. Der Datenaustausch zwischen Mikrocontroller und Luftdrucksensor erfolgt
über I²C Bus.
Abbildung 5: Ablauf einer differentiellen Druckmessung
Um den Versatz zwischen zwei Luftdrucksensoren auszugleichen, wird eine Kalibration durchgeführt. Dabei werden die
Referenz und der Sensor auf selbe Höhe gebracht und der Luftdruck synchron gemessen. Die Luftdruckdifferenz zwischen
Sensor und Referenz stellt dabei den Versatz (Offset) dar, der
dann per Software-Kalibrierung kompensiert wird.
Abbildung 3: Mehrere Sensorknoten in einem IEEE802.15.4 Netzwerk
Zur synchronisierten Messung und zum Berechnen der
Druckdifferenz ist ein Datenaustausch zwischen den Sensoren
notwendig. Dazu wird die Funkschnittstelle des Sensorkno-
Abbildung 5 zeigt den Ablauf einer Messung nach der erfolgten
Kalibration. Durch den Nachrichtenaustausch mittels Funkschnittstelle wird die Messung der Sensoren synchronisiert.
Die Referenz initiiert die Messung durch Senden eines Befehls
über die Funkschnittstelle. Wird dieser Befehl von einem
Sensor empfangen, startet der Messvorgang gleichzeitig bei der
Fachhochschule Lübeck
55
Referenz und dem Sensor. Damit ist gewährleistet, dass Luftdruckänderungen z.B. durch Öffnen und Schließen von Türen
oder Klimaanlagen kompensiert werden können, da diese zeitgleich bei allen Sensoren auftreten, sofern die Sensoren denselben Luftdruckänderungen ausgesetzt sind. Danach werden
die Daten der Luftdrucksensoren über die Kommunikationsschnittstelle ausgetauscht und durch eine Verarbeitungseinheit
bzw. einen Prozessor gefiltert und weiterverarbeitet. Zur Filterung der Sensordaten wird in dem hier vorgestellten Prototyp
ein digitaler gleitender Mittelwertfilter eingesetzt:
Es werden dabei die letzten N Messwerte zur Berechnung des
Mittelwertes genutzt, wobei N für die Ordnung des digitalen
Mittelwertfilters steht.
steht für die gespeicherten Messwerte, wobei N Werte gespeichert werden müssen.
ist der
gefilterte Messwert zum Zeitpunkt n. Über die barometrische
Höhenformel und den gefilterten Messwert wird die Höhendifferenz zwischen Referenz und Sensor errechnet.
Evaluierung
Um für Indoor-Anwendungen einsetzbar zu sein, muss das
System robust gegen Luftdruckschwankungen sein, da sich der
Luftdruck durch Tür und Fensterbewegungen sowie Lüftungssysteme deutlich ändern kann. Des Weiteren soll das System
eine Genauigkeit von 10 cm erreichen, um es in IndoorBereichen einsetzen zu können. Die erzielbare Genauigkeit und
Präzision eines Systems sind Parameter für die Beurteilung des
Verfahrens [2]. In der Praxis ist daneben die Lokalisierungsverzögerung (Location Lag) ein wichtiger Parameter in Bezug auf
Objekte, die sich bewegen. Diese beschreibt die Zeit, die das
System benötigt, um bei einer schnellen Positionsänderung die
neue Position eines mobilen Objektes zu messen. In diesem
Abschnitt evaluieren wir zuerst die Robustheit gegenüber
Luftdruckschwankungen, danach die erzielbare Genauigkeit
des Systems und bestimmen als letzten Parameter die Lokalisierungsverzögerung des Messsystems.
Der Umgebungsdruck schwankt in Indoor-Anwendungen
beständig z.B. durch Öffnen und Schließen von Türen oder
den Einsatz von Lüftungsanlagen. Obwohl dieser Einfluss vom
Menschen kaum als Druckänderung wahrgenommen wird
kann er - wie in Abbildung 1 gezeigt - Luftdruckschwankungen
verursachen. Diese Luftdruckschwankungen führen zu einem
Fehler bei der Höhenbestimmung. Um die Robustheit gegenüber Luftdruckschwankungen zu evaluieren, wurde eine Abzugsanlage mit geschlossener Kabine verwendet, welche im einge56
Fachhochschule Lübeck
schalteten Zustand einen leichten Unterdruck erzeugt. Durch
Ein- und Ausschalten der Abzugsanlage lassen sich Einflüsse
simulieren, wie sie auch durch Lüftungsanlagen o.ä. entstehen.
Abbildung 6 Höhenbestimmung mittels differenzieller Messung im Vergleich
zur Messung mit fester Referenz
Abbildung 6 zeigt Ergebnisse der Höhenmessung einer absoluten
Messung und unser vorgeschlagenen differenziellen Messmethode. Die rote Kurve zeigt dabei das Ergebnis der Höhenbestimmung durch absolute Luftdruckmessung. Die blaue Kurve zeigt
die Höhenbestimmung mithilfe unseres differenziellen Druckmessverfahrens. Bei beiden Verfahren wurde zu Beginn der
Messung auf den Umgebungsdruck kalibriert. Da der Sensor sich
über den Messzeitraum nicht bewegt wurde, ist die Referenz eine
konstante Linie mit der Höhe null. Nach 30 Sekunden wurde die
Lüftungsanlage eingeschaltet. Durch das Absinken des Druckes
in der Kabine, wird mit der absoluten Messung ein Höhenunterschied von mehr als 40 cm gemessen. Die von uns vorgeschlagene differenzielle Messung zeigt keine Höhenveränderungen,
welche auf das Einschalten der Lüftungsanlage zurückzuführen
ist. Das differentielle Messverfahren ist damit robuster gegen
Luftdruckschwankungen in der Umgebung wie z.B. Lüftungsanlagen oder plötzlich auftretende Luftdruckschwankungen. Über
die Schwankungen um den Nullpunkt lässt sich die Genauigkeit
und die Präzision des Verfahrens bestimmen. Dazu erfolgt zuerst
eine statistische Auswertung der Messdaten des Sensors.
Abbildung 7 zeigt die Häufigkeitsverteilung der Rohdaten eines
unbewegten Luftdrucksensors und eine überlagerte Normalverteilung mit Mittelwert µ=993,623 mbar und Standardabweichung
σ=0.017 mbar. Durch die Übereinstimmung kann von einer
Normalverteilung des Messfehlers ausgegangen werden.
Diese ausgelesenen Luftdruckwerte werden, wie im Abschnitt
Implementierung erwähnt, mittels eines gleitenden Mittelwertfilters weiter gefiltert. Durch diese lineare Filterung bleibt die Normalverteilung erhalten, lediglich der Verteilungsparameter sprich
die Standardabweichung ändert sich [8]. Mit einem gleitenden
Die Differenz zwischen berechneter und realer Höhe ist der
Lokalisierungsfehler. Dieser Lokalisierungsfehler wurde in
einem Histogramm aufgetragen, welches in Abbildung 8 zu
sehen ist. Ebenso wie die Luftdruckwerte der beiden Luftdrucksensoren, ist auch der Lokalisierungsfehler normalverteilt. Für die Normalverteilung des Lokalisationsfehlers ist die
Standardabweichung σ =0,067 m. Mithilfe der Varianz kann
nun die Präzision des Verfahrens abgeschätzt werden. Bei einer
Normalverteilung liegen 95% aller Messwerte im Intervall ±2σ.
Damit ist das 95% Vertrauensintervall ±0,13 m.
Abbildung 7 Absolute Häufigkeit der Rohdaten des Luftdrucksensors
Mittelwertfilter der Ordnung 60 ergibt sich nach Filterung eine
Normalverteilung mit dem Mittelwert µ=993,623 mbar und
einer Standardabweichung von σ=0,0056 mbar also etwa ein
Drittel des ursprünglichen Wertes.
Zur Fehlerabschätzung der differentiellen Messung wurde eine
Simulation mit MATLAB erstellt. In der Simulation wurden
eine Referenz und ein Sensor simuliert, welche jeweils mit
einem Luftdrucksensor ausgestattet sind. Die Messfehler sind
durch eine Normalverteilung aus der Auswertung der Rohdaten des Luftdrucksensors modelliert. Für den Referenzsensor
und den Messsensor wurde je ein Mittelwert von µ=1013,00
mbar, sowie eine Standardabweichung von σ =0,0056 mbar
zugrunde gelegt. Der Sensor befand sich in der Simulation
konstant auf einer Höhe von 50 cm, was einem Umgebungsdruck von 1013.06 mbar entspricht. Es wurde eine Reihe von
zufälligen Werten für den gemessenen Druck an der Referenz
und dem Sensor erzeugt und danach die Höhe mit der oben
genannten barometrischen Höhenformel berechnet.
Im letzten Schritt wird die Genauigkeit und Lokalisierungsverzögerung des Systems bestimmt. Dazu wurde die Implementierung auf den TriSOS Sensorknoten verwendet und der mobile
Sensor auf verschiedene Referenzhöhen bewegt. Die Veränderung der Sensorhöhe geschah abrupt innerhalb einer Sekunde.
Vor dem Beginn der Messung wurde der Messsensor mit dem
Referenzsensor in gleicher Höhe kalibriert. Dadurch stellt dies
auch den Nullpunkt für die Höhenmessung dar. Für diesen Teil
der Evaluierung wurden verschiedene Testhöhen ausgewählt,
deren Höhe mit -0,76 m und 1,30 m bekannt waren. Eine
negative Höhe deutet an, dass sich der Messpunkt unterhalb
der Referenz befindet.
Abbildung 9 zeigt das Ergebnis der Höhenbestimmung, welche
mit dem differenziellen Messverfahren und einem gleitenden Mittelwertfilter der Ordnung 60 durchgeführt worden ist. Der Ablauf
dieses Tests war wie folgt: Zuerst befand sich der Sensor auf gleicher Höhe mit der Referenz. Nach 4 Sekunden wurde auf die Höhe
von 0,76 m unterhalb der Referenz gelegt. Zu dem Zeitpunkt von
12 Sekunden wurde der Sensor dann wieder auf Höhe der Referenz gehoben. Zum Zeitpunkt 19 Sekunden wurde der Sensor auf
eine Höhe von 1,3 m oberhalb der Referenz bewegt. Hier war die
Verweildauer des Sensors nur 4 Sekunden, bevor er wieder zurück
auf die Referenzhöhe bewegt wurde. Der gemessene Höhenverlauf
dieser Bewegungsabfolge ist in Abbildung 9 zu sehen.
Abbildung 8: Histogramm des Lokalisierungsfehlers
Abbildung 9: Ergebnis der Höhenmessung für 3 drei Referenzhöhen mit
Mittelwertfilter Ordnung 60
Fachhochschule Lübeck
57
Die Darstellung zeigt, den oben beschriebenen Verlauf mit
einer Verzögerung, die durch die geringe Flankensteilheit
erkennbar ist. Bei der ersten Testhöhe von 0,76 m zeigte das
System eine durchschnittliche Höhe von 0,80 m im Intervall
von 7-12 Sekunden. Bei der zweiten Testhöhe von 1,3 m war
die mittlere angezeigt Höhe 1,26 m in dem Intervall von 24-27
Sekunden. Des Weiteren sieht man eine Verzögerung, bis die
aktuelle Höhe durch das System angezeigt wird. Diese Lokalisierungsverzögerung wird auch Location Lag genannt und ist
hier durch die starke Filterung verursacht. Bei einem Mittelwertfilter der Ordnung 60, werden die aktuellsten 60 Werte
des Sensors zur Mittelung verwendet. Wird der Sensor auf
eine neue Höhe bewegt, dauert es eine Zeit bis die alten Werte
im Speicher mit aktuellen Druckwerten überschrieben sind.
Daher verfälschen ältere Werte die Höhenbestimmung, was
folglich zu einer Lokalisierungsverzögerung führt. Bei einer
Zeit von 3 Sekunden wurde der Sensor auf die Höhe von 0,76
m unterhalb der Referenz bewegt. Es vergingen 4 Sekunden,
bis diese Position korrekt angezeigt wurde. Die Limitierung
des Systems durch das Filter erkennt man auch an der Steigung
der Flanke, welche im Intervall von 3-7 Sekunden konstant ist.
Im optimalen Falle wäre diese durch die lineare Bewegung des
Sensors begrenzt. Eine Reduktion der Filterordnung verringert
die Lokalisationsverzögerung.
Abbildung 10 zeigt die Ergebnisse des gleichen Messablaufs mit
einem Filter der Ordnung 20.
sung der Filterung je nach erkannter Bewegung oder Ruhe des
Messsensors entweder die Lokalisierungsverzögerung minimieren oder die Genauigkeit erhöhen.
Die Evaluierung hat gezeigt, dass das System robust gegenüber
plötzlichen Luftdruckschwankungen ist. Durch die synchronisierte differentielle Messung haben diese Einflüsse keine
Auswirkung auf die Höhenbestimmung. Die Lokalisierungsverzögerung kann über einen Filterparameter verändert und
damit z.B. zu Gunsten der Genauigkeit reduziert werden.
Zusammenfassung und Ausblick
In diesem Artikel wurde ein differentielles Messsystem zur
Bestimmung von Höhen mittels Luftdrucksensoren und
differentieller Messung für Indoor-Anwendungen vorgestellt.
Das Verfahren ist in der Lage Luftdruckschwankungen, die bei
absoluten Messungen zu Messfehlern führen, zu kompensieren
und damit eine Präzision von ±13 cm zu erreichen. Durch die
geringen Hardware Anforderungen und die einfache Berechnung ist dieses Verfahren günstig und schnell umzusetzen.
In der Zukunft werden wir die Langzeitstabilität des Messsystems
untersuchen. Zusätzlich wird ein Szenario von mehreren Sensorknoten, die als Referenz-oder Messsensor arbeiten geprüft. Durch
optimierte Filter werden wir die Präzision und Genauigkeit der
Messung auf weniger als 10 cm weiter verbessern können.
Danksagung
Diese Arbeit fand im Rahmen des LUMEN I Teilprojektes „Multisensorische Adjustierung der invasiven Blutdruckmessung zur
Kompensation von Änderungen in der Körperposition” der
CoSA Forschungsgruppe statt und entstand als Projektarbeit im
Masterstudiengang „Angewandte Informationstechnik (AIT)“.
Projektpartner des LUMEN I Teilprojektes sind:
•
•
•
Uni Lübeck - Institut für Telematik
UK-SH, Campus Lübeck - Klinik für Anästhesiologie
Ubisense AG, Düsseldorf
Diese Arbeit wurde gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (Förderkennzeichen 01EZ1140B, LUMEN).
Abbildung 10: Ergebnis der Höhenmessung für drei Referenzhöhen mit
Mittelwertfilter Ordnung 20
Es ist zu erkennen, dass das System schneller auf Bewegungen
des Sensors reagiert, da die Flankensteilheit deutlich höher
verglichen mit Abbildung 9 ist. Dies auf die geringere Ordnung
des Filters zurück zu führen. Die Lokalisierungsverzögerung
bei einem Filter der Ordnung 20 beträgt ca. 1 Sekunde. Der
Nachteil einer geringeren Filterung ist ein stärkerer Messfehler
der Höhenmessung, die sich in dem stärkeren Schwanken der
Messwerte gegenüber Abbildung 9 zeigt. Eine adaptive Anpas58
Fachhochschule Lübeck
Literatur
(1) Overview of Current Indoor Positioning Systems. Mautz,
Rainer. Zürich : Swiss Federal Institute of Technology, 2009.
GEODESY AND CARTOGRAPHY. Vol. 35(1), pp. 18-22.
(2) Survey of Indoor Positioning Techniques and Systems. H.
Liu, H. Darabi, P. Banerjee, and J. Liu. s.l. : IEEE Transactions
on Systems, Man, and Cybernetics, Part C: Applications and
Reviews, 2007, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C: Applications and Reviews, S. 1067-1080.
(3) Precise Indoor Altitude Estimation based on differential barometric Sensing for wireless Medical Applications. Christian Bollmeyer, Tim Esemann, Hartmut Gehring and Horst Hellbrück.
Body Sensor Networks Conference 2013.
(4) 3-SOS (TriSOS) Smart Object Systems • Self-Organizing Systems • Horst Hellbrück, Erik Kamsties. 14, s.l. : Fachhochschule
Lübeck, 2009. 1618-5528.
(5) Advanced integration of wifi and inertial navigation systems
for indoor mobile positioning. F. Evennou and F. Marx. 2006,
EURASIP J. Appl., Bd. 2006, S. 164-164.
(6) Experimentalphysik1, Mechanik und Wärme. Demtröder,
Wolfgang. s.l. : Springer, 2005.
(7) Datasheet MS5803-01BA Miniature Variometer Module.
Measurement Specialties. [Online] http://www.meas-spec.com/
downloads/MS5803-01BA.pdf.
(8) Stochastische Signaltheorie. München, Technische
Universität. [Online] http://www.lntwww.de/downloads/
Stochastische%20Signaltheorie/Theorie/Kapitel3/Sto_Kap3.5.pdf.
Forschungsprojekt Fachlaufbahnen
Désirée H. Ladwig, Claudia Linde, Friederike J. Fründt
Empirische Studienergebnisse über die beruflichen
Stand der Forschung
Anforderungen der Generation Y und die Gestaltung
Die wissenschaftliche Analyse von Karriereverläufen und
-pfaden insbesondere in Hinblick auf die Chancengleichheit
von Männern und Frauen wird durch eine lange Forschungstradition gekennzeichnet (vgl. bspw. Shepard 1958; Allen
und Katz 1989). Allerdings liegt der Schwerpunkt der meisten Forschungsprogramme auf dem traditionellen Konzept
der Führungslaufbahn/Management-Karriere. Dies steht im
Gegensatz zu einer extrem hohen Relevanz von Forschungen
über alternative Karriere-Modelle (Wakabayashi, Nishioka und
Matsuyama 2008: 1).
alternativer Laufbahnkonzepte (Fachlaufbahnen)
Abstract: Traditionelle Führungskarrieren werden zunehmend
uninteressant für die Generation Y (Geburtsjahrgänge der
1980er Jahre). Sie wollen hochqualifiziert arbeiten, haben aber
zunehmend weniger Interesse an den üblichen Tätigkeiten
einer Führungskraft. Neue Fachlaufbahnkonzepte im Zusammenhang mit Retention Management zeigen deshalb für diese
Generation Y interessante alternative Karrierepfade auf. Im
Rahmen eines Forschungsprojektes, welches aus Mitteln des
Bundesministeriums für Bildung und Forschung und aus dem
Europäischen Sozialfonds der Europäischen Union gefördert
wird, wurden zum einen die aktuellen Karrierevorstellungen
von Studierenden (N=1262, davon 235 von der Fachhochschule Lübeck) empirisch quantitativ und zum anderen die
konkreten Erfahrungen von u.a. männlichen und weiblichen
Experten in der Fachlaufbahn mittels eines halbstrukturierten Interviews qualitativ erhoben (N=55). Es zeigt sich, dass
Fachlaufbahnkarrieren für hochqualifizierte Nachwuchskräfte
tatsächlich zunehmend interessanter werden. Erfolgsrelevant
sind jedoch eine gleichwertige Ausgestaltung der Fachlaufbahn gegenüber der traditionellen Führungslaufbahn, Wechselmöglichkeiten und eine entsprechende Transparenz über
die relevanten Rahmenbedingungen im Unternehmen. Für
Frauen bieten sich vor diesem Hintergrund besondere Karrierechancen, da die Fachlaufbahn einerseits immer wichtiger
und wertvoller im Unternehmen wird, Frauen häufig bevorzugt
fachorientiert tätig sind und andererseits dieses Laufbahnkonzept besser mit Work-Life-Balance zu vereinbaren ist als die
klassische Führungslaufbahn.
Die Globalisierung, der dadurch entstehende Wettbewerbsdruck, der demographische Wandel und der Übergang von
der Industrie- zur Wissensgesellschaft führen dazu, dass
mehr WissensarbeiterInnen, höhere Qualifikationen und eine
Vielzahl von Nachwuchsfachkräften benötigt werden (Enders
und Musselin 2008: 127 ff.) und die Bedeutung des Wissensmanagements ansteigt (Janz und Prasarnphanich 2003: 352
ff.). Aufgrund dieser Entwicklungen wird das Wissen immer
stärker als Produktionsfaktor (North 2011: 1) bzw. wesentlicher
Vermögensgegenstand (asset) eines Unternehmens angesehen.
Als größte Wissensressource gelten in diesem Zusammenhang
die Fachkräfte im Unternehmen (North 2011: 138). Diese
Fachkräfte gilt es zu rekrutieren, an das Unternehmen zu
binden und systematisch fachlich weiter zu qualifizieren, zu
entwickeln, um Wissen im Unternehmen aufzubauen und zu
bewahren (Alwert, Heisig und Mertins 2005: 7).
Gerade durch den Fachkräftemangel, insbesondere bei jüngeren qualifizierten Fachkräften aus der Generation Y, müssen
die Unternehmen Strategien zur Rekrutierung und zur Mitarbeiterbindung entwickeln, um als attraktiver Arbeitgeber im
Fachhochschule Lübeck
59
Wettbewerb um die besten Fachkräfte standhalten zu können.
Bedeutender werden in diesem Zusammenhang das Angebot
von Work-Life-Balance, flexiblen und innovativen Arbeitszeitmodellen, Kompetenzentwicklung und die Gestaltungsmöglichkeiten der Laufbahnen im Unternehmen (Holz und
Da-Cruz 2007: 17).
Gender-Perspektive
Das Thema Laufbahnentwicklung von Frauen wird seit
Jahrzehnten weltweit diskutiert. Im Ergebnis wird überwiegend festgestellt, dass die Situation nach wie vor Diskriminierungselemente aufweist, d.h. Frauen beim „Weg an die Spitze“
benachteiligt werden. Allerdings wird bei der Diskussion meistens nur die traditionelle Führungslaufbahn zugrunde gelegt.
Gesucht werden muss deshalb auch nach neuen/innovativen
Laufbahnkonzepten, die für die Unternehmen und für die
ArbeitnehmerInnen attraktiv sind. Hierzu zählt das Konzept
der „Fachlaufbahn“. Für eine positive Auswirkung von Fachlaufbahnen auf eine verbesserte Durchsetzung von Chancengleichheit für Frauen könnten folgende ausgewählte Argumente sprechen:
1. In der Literatur und auch auf wissenschaftlichen und
praxisbezogenen Tagungen wird immer wieder (kontrovers)
diskutiert (vgl. bspw. Vinkenburg, Jansen und Koopman 2000:
129 ff.), ob Frauen weitaus weniger an einer traditionellen Führungslaufbahn interessiert seien als Männer und dies u.a. ein
Grund für die noch geringe Anzahl von weiblichen Führungskräften sei (Vertikale Segregation). Sie würden vielmehr eher
fach- und sachbezogene Arbeit bevorzugen. Fachlaufbahnen
könnten deshalb für Frauen besonders attraktiv sein, da beide
Aspekte (fachbezogene Arbeit und Aufstiegs-/ Entwicklungsmöglichkeiten) miteinander verbunden sind.
2. Insbesondere in den MINT-Studienfächern/-Berufsbereichen sind nur sehr wenige Frauen zu finden (Horizontale
Segregation). Dementsprechend sind in der Regel auch in den
Führungspositionen in den MINT-Bereichen keine/kaum
Frauen beschäftigt (Hill, Corbett und St. Rose2010: XIV, 5 ff.,
14 ff., 19). Die Frage ist, ob Fachlaufbahnen aber gerade für
Frauen einen zusätzlichen wesentlichen Anreiz bieten, doch
verstärkt MINT-Fächer zu wählen. Denn bisher beinhalten die
MINT-Einsatz-/-Berufsbereiche zwar überwiegend hochinteressante Aufgaben, aber die traditionellen Karrierewege im
Rahmen der Führungslaufbahn sind oft unzureichend und
unattraktiv.
3. Durch den Bedeutungszuwachs der WissensarbeiterInnen
für die Unternehmen können Fachlaufbahnen sowohl eine
Steigerung der Positionsmacht als auch der ExpertenInnenmacht ermöglichen (Okoroafor et al. 2009: 9). Hier könnte
60
Fachhochschule Lübeck
deshalb ebenfalls eine verbesserte Situation für Frauen erreicht
werden, wenn sie durch den Aufstieg im Rahmen der Fachlaufbahn über die Ausübung ihrer sachbearbeitenden Tätigkeit
hinaus auch einen Zuwachs an Einflussnahme auf Entscheidungen, Abstimmungen und auf die Meinungsbildung der
Führungskräfte der Führungslaufbahn etc. gewinnen können.
4. Fast seit Jahrzehnten wird die stereotype Annahme vertreten, dass sich Frauen in Bezug auf die „Work-Life-Balance“
entscheiden müssten (oder sollten), ob sie der Familie/dem
Privatleben oder dem Beruf/der Führungsposition Vorrang
einräumen. Beides könne bei einer Vollzeittätigkeit nicht anforderungsgerecht und erfolgreich ausgefüllt werden. Deshalb
verzichten viele Frauen trotz hoher Qualifikation und Karriereorientierung oft auf eine weiterführende hierarchiebezogene
Karriere im Rahmen der Führungslaufbahn. Fraglich ist, ob
eine Fachlaufbahn diesbezüglich karriereunschädlich(er) ist
und folgende Aspekte eher ermöglichen könnte:
•
•
•
in Teilzeit/reduzierter Vollzeit zu arbeiten;
öfter „home office“-Zeiten in Anspruch zu nehmen;
weniger Arbeiten zu „Unzeiten“ erledigen zu müssen
(abends, am Wochenende, Überstunden, Managementtagungen etc.).
Laufbahnkonzepte
Die Führungs- bzw. Managementlaufbahn (mit Aufstiegsmöglichkeiten zum Beispiel über Gruppenleitung, Abteilungsleitung, Bereichsleitung etc.) bildet die allseitig bekannte und in
den meisten Unternehmen vorhandene traditionelle Laufbahnentwicklung ab.
Die Fachlaufbahn ist ein neben der traditionellen Führungshierarchie/Führungslaufbahn (Domsch 1994: 9; Weer und
Greenhaus 2010: 147 f.) existierendes und ebenso hierarchisches Positionsgefüge für hochqualifizierte SpezialistenInnen,
siehe Abb. 1 (Ladwig und Domsch 2011: 15 ff.).
Charakteristisch für Positionen in der Fachlaufbahn sind
ein hoher Anteil von reinen Fachaufgaben und ein geringer
Umfang an Personalführungsaufgaben.
Eine Fachlaufbahn soll für ExpertenInnen ein transparentes
System von zusätzlichen erstrebenswerten Aufstiegsmöglichkeiten schaffen, wobei der Aufstieg in dieser Hierarchie primär
auf nachgewiesener fachlicher Kompetenz beruht (Ladwig und
Domsch 2011: 15 ff.).
Insbesondere wird im Rahmen des Projektes untersucht, ob
Fachlaufbahnen gerade für Frauen einen zusätzlichen wesentlichen Anreiz bieten, verstärkt MINT-Fächer zu wählen.
Abb. 1: Laufbahnkonzepte im Vergleich: Führungs-/Managementlaufbahn
und Fachlaufbahn. Quelle: In Anlehnung an (Ladwig und Domsch 2011: 17).
Das oberste Ziel einer Fachlaufbahn ist für die Unternehmen
die Förderung, Erhaltung und Belohnung besonderer fachlicher Leistungen für ein erfolgreiches Wissensmanagement
(Ladwig und Domsch 2011: 15 ff.).
Fachlaufbahn-Konzepte sind grundsätzlich für alle Unternehmensbereiche geeignet, in denen in großem Umfang FachspezialistenInnen tätig sind. Beispiele für solche Unternehmensbereiche sind Forschung und Entwicklung, IT-Bereich, Personal-/
Bildungsbereich, Marketing, Planungs-/ Strategiebereich.
Damit eine Fachlaufbahn in der Praxis zu einem Instrument
wird, das effizient zur Personalentwicklung und zur Motivation
von MitarbeiterInnen eingesetzt werden kann, sind verschiedene Aspekte wie das Design, die Vorgehensweise bei der
Einführung sowie die Nutzung und Pflege der Fachlaufbahn im
Zeitverlauf zu beachten (Domsch und Ladwig 2011: 19).
Empirische Studie
Das Ziel des Verbundvorhabens Fachlaufbahnen ist die
(Weiter-) Entwicklung und Einführung von Fachlaufbahnen
in Unternehmen, um damit insbesondere hochqualifizierten und karriereorientierten Frauen und Männern vor dem
Hintergrund des Wissensmanagements und Employer Branding attraktive alternative Laufbahnentwicklungen zu bieten.
Zudem soll untersucht werden, ob und inwieweit durch Fachlaufbahnen eine verbesserte Durchsetzung von Chancengleichheit für Frauen in Unternehmen erreicht werden kann.
Bei dem Forschungsprojekt Fachlaufbahnen handelt es sich um
ein praxisorientiertes, bevorzugt empirisch angelegtes Projekt.
Grundlage der empirisch angelegten Studie sind die Ergebnisse
aus Interviews (N=55) mit hochqualifizierten FachexpertInnen und UnternehmensvertreterInnen sowie einer schriftlich
durchgeführten Befragung (N=1262) mit Studierenden, welche die Berufsorientierung der Generation Y untersuchte. In
dieser quantitativen Erhebung wurden 1.262 Fragebögen von
Studierenden aus insgesamt 12 verschiedenen deutschen Universitäten und Fachhochschulen ausgewertet. Zu den befragten Hochschulen gehörte auch die Fachhochschule Lübeck.
18,6% der gültigen Fragebögen waren von Studierenden der
Fachhochschule Lübeck, davon 25,56 % weibliche und 75,45 %
männliche Studierende.
Die befragten Studierenden können größtenteils der Generation Y, d.h. den Geburtsjahrgängen ab den 1980er Jahren,
zugeschrieben werden. Diese sind im Vergleich zu vorherigen
Generationen insbesondere durch eine höhere internationale
Mobilität, einen natürlichen Umgang mit dem Internet/den
Informationsmedien gekennzeichnet und legen mehr Wert auf
Work-Life-Balance (Privatleben und Familie) sowie individuellere Lebensentwürfe. Diese Generation, als (zukünftige) ArbeitnehmerInnen, stellt Unternehmen und deren Personalarbeit mit
ihren differenzierten bzw. individuellen Ansprüchen vor große
Herausforderungen (Trost 2009: 21; Parment 2009: 26).
Ziel dieser Befragung ist insbesondere, die Erhebung der Einstellungen und Vorstellungen zur Thematik Laufbahnkonzepte,
Karriereaspekten, Chancengleichheit von Frauen und WorkLife-Balance von
•
•
•
der Generation Y, als zukünftige Fach- und
Führungskräfte,
den weiblichen und männlichen Studierende sowie
den Studierenden der BWL (Betriebswirtschaftslehre), des MINT-Bereiches (MatheInformatikNaturwissenschaftsTechnik-Bereiches) und des WiIng
(Wirtschaftsingenieurwesens).
Weiterhin wurden mittels einer qualitativen Erhebung in 55
halbstrukturierten Interviews u.a. männliche und weibliche
Experten aus 13 verschiedenen Unternehmen befragt, die
bereits in einer Fachlaufbahn tätig sind.
Fachhochschule Lübeck
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Generation Y: Attraktivität von Fach- bzw.
Führungslaufbahnen
Abb. 2: Prozentualer Vergleich der von den Studierenden angestrebten Laufbahn und dem Geschlecht. Quelle: Eigene Darstellung.
zifischen Präferenzen gibt. Immerhin können sich jeweils circa
60% aller Gruppen beide Laufbahnmöglichkeiten vorstellen.
Die Fachlaufbahn wird von weniger Studierenden präferiert als
die Führungslaufbahn. Während die Studierenden der BWL
und des Wirtschaftsingenieurwesens die Führungslaufbahn im
Vergleich zur Fachlaufbahn bevorzugt anstreben, zeigt sich bei
den Studierenden des MINT-Bereiches ein höheres Interesse
an der Fachlaufbahn.
Um detaillierte Erkenntnisse über die Motivation der weiblichen und männlichen Studierenden zu erhalten, wurde gefragt,
welche Einstellungen und Vorstellungen die Studierenden zu
diesen beiden Laufbahnen haben, Ergebnisse siehe Abb. 3.
Die Ergebnisse der Abb. 2 zeigen, dass es in Bezug auf die Wahl
der Laufbahn nur geringe Unterschiede in den geschlechtsspe-
Abb. 3: Bewertete Aussagen zur Fach- und Führungslaufbahn und dem Geschlecht. Quelle: Eigene Darstellung.
62
Fachhochschule Lübeck
Die Ergebnisse einer weiteren Untersuchung (Korrelationsanalyse) der jeweiligen Aussagen zeigen in allen Fällen, untersucht
nach dem Geschlecht, keine besondere Stärke des Zusammenhangs. Bei der Analyse der Studienbereiche BWL, MINT, Wirtschaftsingenieurwesen sind dahingegen einige Zusammenhänge ersichtlich. Die Fachlaufbahn ist für Frauen eher geeignet
als für Männer als Aussage 2 wird von den Studierenden der
BWL, des MINT-Bereiches und des Wirtschaftsingenieurwesens jeweils als eher weniger zutreffend bezeichnet, wie in Abb.
3 dargestellt.
Eine geringe Stärke des Zusammenhangs bei dem Vergleich der
Studienbereiche ergibt sich bei der Aussage 9: Im Rahmen einer
Führungslaufbahn sind die Chancen, eine erfolgreiche Karriere
zu machen, größer als die in einer Fachlaufbahn. Diese Aussage
erhält eine deutlich höhere Zustimmung von den Studierenden
der BWL als von den Studierenden des MINT-Bereiches. Dies
bekräftigt den höheren Anteil der Studierenden des MINTBereiches, die bei der Frage, welche Laufbahn sie anstreben,
zur Fachlaufbahn tendieren. Sie sehen die Fachlaufbahn nicht
als die weniger erfolgreiche Alternative einer Karriere an.
ExpertenInneninterviews: Attraktivität der Fachlaufbahn
Interessante Ergebnisse zeigen sich auch bei der qualitativen
Analyse von Männern und Frauen.
Frauen empfinden die Fachlaufbahn als attraktiv, da ihnen dort
Aufstiegsmöglichkeiten ohne Führung ermöglicht werden.
Sie können sich auf das Fachliche konzentrieren: „Also ich
finde persönlich ganz wichtig, dass nicht jeder der fachlich gut
ist, unbedingt jemand ist, der gute Führungsverantwortung
übernimmt, der aber trotzdem fachlich durchaus Berechtigung
hat, Karriere zu machen.“ (Interview E-1, 2012). Die befragten
Frauen geben als positive Aspekte der Fachlaufbahn an, dass
Frauen in der Fachlaufbahn bessere Karrierechancen haben
und eine flexiblere Zeiteinteilung möglich ist „Weil als FachlaufbahnstelleninhaberIn, wenn du dann zu Hause bist, ist es
vielleicht leichter, dich auf dem Stand zu halten, während du von
dort aus versuchst, irgendwie nochmal als Führungskraft was
zu reißen. Also, ich kann mir schon vorstellen, dass da gewisse
Inflexibilität halt (…) mit dieser Managementlaufbahn mit
einhergeht. Das ist nicht ganz so einfach alles. Aber deswegen den
Umkehrschluss zu machen, ist doch logisch Fachlaufbahn für die
Frauen, Management für die Männer, das gilt nicht.“ (Interview
A-1, 2012). Die Männer betonen zusätzlich die gute Möglichkeit der Work-Life-Balance und die höheren Gestaltungsmöglichkeiten in der Fachlaufbahn: „Also, für mich ist es [die
Fachlaufbahn - d. Bearb.] attraktiver als die Führungslaufbahn,
weil sie eben wesentlich mehr Freiheitsgrade hat, wenn man eben
weiß, wie man sie nutzt.“ (Interview C-1, 2012). Bessere Möglichkeiten zur Vereinbarkeit von Beruf und Familie werden von
den Männern ebenfalls im Rahmen der Fachlaufbahn gesehen:
„Also organisatorisch geht es sicherlich am besten in der Fachlaufbahn (…) von dem Aspekt wär´s ein Anreiz.“
(Interview C-1, 2012). Attraktiv für Männer ist dazu noch
die Anerkennung und die Verantwortung, die sie als in einer
Fachlaufbahn Tätige erhalten: „Also, von daher wird das Thema
Fachlaufbahn mit Sicherheit auch immer nur themenspezifisch
gehen. So und bei uns, ich meine IT ist eigentlich eine typische Männersache. Bei uns ist Forschung und Entwicklung mit
Sicherheit typische Männersache. Da haben wir fast nur Ingenieure. Da wird das aber durchaus als Anerkennung empfunden,
so würde ich das beschreiben, wenn diejenigen, die dort super
jung rein kommen (die kommen in der Regel von der Uni). (...)
schon mit relativ viel Verantwortung dort (...) Themen vorantreiben.“ (Interview A-1, 2012). Ebenfalls als positiv wird von
den Männern empfunden, dass die Fachlaufbahn für Männer
eine gleichwertige Alternative zur Führungslaufbahn darstellen
kann: „Wenn sie den Mitarbeiter, den männlichen Mitarbeiter,
erst mal an einem Punkt haben, wo sich der Gedanke „ich will
Führungskraft werden“` manifestiert hat im Kopf und derjenige
auf dem Weg dorthin ist und dann einen Dämpfer bekommt
und man alternativ eine Fachlaufbahn anbietet, glaube ich, ist
das (…) ein Notnagel. Wenn sie aber so unterwegs sind, dass
sie sagen, pass mal auf, bei unserem Unternehmen X hat man
verschiedenste Möglichkeiten unter anderem klar, begrenzte
Anzahl an Führungspositionen aber eben auch diese fachlich
orientierte Weiterentwicklung. Und da an dem Punkt im Prinzip
dem Mitarbeiter oder der Mitarbeiterin das ein Stück weit in die
Hand gibt, da schon zu sagen, ach eigentlich ist das eine super
Alternative.“ (Interview A-1, 2012).
Als negative Aspekte der Fachlaubahn wird von Frauen und
Männern die herrschende Diskrepanz von Theorie und Praxis
u.a. beim Gehalt genannt: „Also wenn man jung in ein Unternehmen kommt und dann auch die schönen Präsentationen
[sieht - d. Bearb.], was ein Unternehmen alles für den Mitarbeiter
tut, (…) hat man gewisse Vorstellungen, gewisse Ansprüche auch
an den Arbeitgeber und merkt dann in der Realität, das wird
ganz anders gelebt.“ (Interview C-1, 2012).
Als Schwierigkeiten hinsichtlich einer Karriere in der Fachlaufbahn gelten für Männer und Frauen die Schwierigkeiten
bei der Leistungsbewertung sowie der Personalentwicklung:
„Und dann muss man ja noch irgendjemand haben, der in der
Lage ist, das auch noch zu beurteilen. (…) Also, der dann auch
sagt, jawohl, die Expertise wird hier auch so aufgebaut. Also, das
heißt, du musst ja immer noch einen haben, der immer noch fitter ist (…). Also, ich glaube, dass es schon sportlich ist, dass alles
unter einen Hut zu kriegen.“ (Interview A-1, 2012).
Eine große Problematik wird in der fehlenden Gleichwertigkeit
im Unternehmen gesehen: „Das ist nicht glaubwürdig, wenn
Fachhochschule Lübeck
63
man das versucht, denke ich. Also, es wird sehr sehr schwer.
Man wird sicherlich motivieren können über Spezialprojekte,
die dann Leute einfach mal kriegen und das als Anerkennung
sehen. ‚Echt, so was darf ich hier entwickeln oder so was darf ich
hier vorantreiben?‘ Aber das gleich zu setzen, das ist jetzt aber
von der Wertigkeit her dieselbe Stufe wie ein Abteilungsleiter
oder Bereichsleiter und das wird auch mit einem entsprechenden
Honorar monatlich halt abgegolten. Das ist, finde ich relativ
unrealistisch.“ (Interview A-1, 2012).
Auch wird das Image der Fachlaufbahn schlechter als das der
Führungslaufbahn angesehen: „Also die werden so als Fachidioten
gesehen. (…) Das sind ja so die Computer Nerds, die Jungs mit der
dicken Hornbrille (…) und den langen Haaren, die da irgendwo
bis nachts um zwei hacken (…). (…) Der Eindruck ist halt so, ja
Fachexperten sind sehr sehr starr mit ihrem Thema, (…) so tief in
ihrem Thema, dass sie eigentlich sonst nichts mehr mitkriegen.“
(Interview C-1, 2012).
Generation Y:
Bedeutende Aspekte für die berufliche Tätigkeit
Aus den bisherigen aufgeführten Ergebnissen der quantitativen
und qualitativen Studie kann die Fachlaufbahn als eine attraktive
Karrieremöglichkeit zur Führungslaufbahn angesehen werden.
Für die Gestaltung von Laufbahnsystemen in den Unternehmen und für die Rekrutierung von Fach- und Führungskräften ist es bedeutend, die Wünsche und Bedürfnisse dieser zu
beachten, um als Arbeitgeber attraktiv zu sein.
Dabei stellt sich die Frage, was die Generation Y als zukünftige
Fach- und Führungskräfte für sich als wichtig und bedeutend
ansieht. Hierfür bewerteten die Studierenden insgesamt 22
Kriterien, die mit einer Berufstätigkeit in Verbindung stehen,
entsprechend ihrer persönlichen Bedeutung.
Aus dieser vergleichenden Untersuchung geht hervor, dass
beruflicher Erfolg und beruflicher Aufstieg allen Studierenden
der untersuchten Studienbereiche besonders wichtig ist. Die
Statussymbole sind im Vergleich zu den anderen untersuchten
Kriterien weniger bedeutend für alle untersuchten Studierendengruppen wie bspw. ein gutes/kollegiales Arbeitsklima,
die Selbstverwirklichung und die Karriereförderung durch den
Arbeitgeber, die eher als bedeutend angesehen werden.
Unterschiede in den Gruppen ergeben sich u.a. bei Macht und
Einfluss innerhalb des Unternehmens. Dies ist für die BWLStudierenden deutlich bedeutender als für die Studierenden
des MINT-Bereiches und des Wirtschaftsingenieurwesens.
Anerkennung für die eigene Arbeitsleistung erhalten, zeigt sich
im Studienbereichsvergleich, für die Studierenden der BWL
als wesentlich bedeutender als für die anderen untersuchten
64
Fachhochschule Lübeck
Studiengruppen. Ein Unterschied ist auch in der Personalführungsverantwortung zu erkennen, welche für die Studierenden
des MINT-Bereiches nicht so wichtig ist.
Anhand dieser Ergebnisse zeigt sich, dass die Studierenden der
verschiedenen untersuchten Studienbereiche vielen Aspekten
eine gleichhohe Bedeutung beimessen, jedoch einige andere
Aspekte unterschiedlich bewerten. Bei der Laufbahngestaltung
sollte daher bewusst auf die unterschiedlichen Mitarbeitergruppen eingegangen werden und sie bei der Konzeption der
Fachlaufbahn miteinbezogen werden.
Generation Y:
Verständnis und Bedeutung von „erfolgreicher Karriere“
Weiterhin wurde untersucht, welche Kriterien von den Studierenden mit einer erfolgreichen Karriere verbunden werden bzw.
ob hinsichtlich des Geschlechts Unterschiede vorliegen. Auch
hier zeigen sich wenig geschlechtsspezifische Unterschiede in
der Bewertung (vgl. Abb. 4).
Die hohe Arbeitsbelastung und wenig Freizeit für Familie und/
oder Privatleben verbinden mehr weibliche Studierende mit der
erfolgreichen Karriere als die männlichen Studierenden, wie in
Abb. 4 ersichtlich.
Bei diesen beiden Eigenschaften zeigt sich als Ergebnis der
Korrelationsanalyse zudem ein stärkerer Zusammenhang als
bei den anderen genannten Eigenschaften. Als bedeutender
Faktor einer erfolgreichen Karriere wird auch das hohe Gehalt
herausgestellt, das für alle Studierenden gleichermaßen wichtig
ist. Weiterhin erweisen sich bei dem Vergleich der Studienbereiche BWL, MINT und Wirtschaftsingenieurwesen zwei Kriterien als unterschiedlich stark mit der erfolgreichen Karriere
verbunden, und zwar die Führungsverantwortung und ein hohes
Gehalt. So ist die Führungsverantwortung für die BWL-Studierenden unmittelbar mit einer erfolgreichen Karriere verbunden
im Gegensatz zu den beiden anderen Studienbereichen.
Daraus kann angenommen werden, dass BWL-Studierende die
Tätigkeit in der Führungslaufbahn eher als eine erfolgreichere
Karriere wahrnehmen als in der Fachlaufbahn, was die Ergebnisse in Abb. 4 bekräftigt.
Zusammenfassung und Ausblick
Die qualitativen und quantitativen Ergebnisse des Forschungsprojektes zeigen viele interessante Aspekte, wie alternative
Karrierekonzepte von den Nachwuchskräften und den bereits
in Unternehmen tätigen Fachkräften gesehen werden, welche
besonderen Herausforderungen sie damit verbinden und welche
zukünftigen Entwicklungen von ihnen gefordert werden. Sowohl
kohortenspezifische als auch geschlechtsspezifische Unter-
Abb. 4: Bewertete Kriterien, die mit einer erfolgreichen Karriere verbunden werden. Quelle: Eigene Darstellung.
schiede sind erkennbar. Unternehmen, die hier interessante
innovative Karrierekonzepte und -landkarten anbieten, können
sich im internationalen War for Talents einen signifikanten
Wettbewerbsvorteil um die hochqualifizierten Fachkräfte gerade
auch aus den MINT-Bereichen erarbeiten. Fachlaufbahnen neu
zu implementieren oder vorhandene Fachlaufbahnen zu modernisieren und anzupassen, steht mittlerweile für viele Unternehmen mit an der Spitze der Prioritätenliste im HR-Portfolio.
Weiterer Untersuchungsbedarf besteht in Bezug auf Kompetenzmodelle für Fachlaufbahnen und die Konzeption geeigneter
personalwirtschaftlicher Instrumente (z.B. Auswahl-, Beurteilungs- und Gehaltssysteme) für dieses spezielle Karrieremodell.
Kontakt zum Projektteam der Fachhochschule Lübeck
Projektleitung: Prof. Dr. Désirée H. Ladwig
Projektmitarbeiterinnen: Friederike Fründt, M.A.
eMail: info@fachlaufbahnen.de
Tel.: 0049 (0)451-300-5038
Fax: 0049 (0)451-300-5069
Sprechen Sie uns gerne an, sollten Sie noch weitere Informationen zum Forschungsprojekt „Fachlaufbahn – Alternative
Laufbahnentwicklung in Unternehmen“ und/oder zu den Ergebnissen der empirischen Studie wünschen.
Weiterführende Informationen
Am 23. September 2013 wird die Abschlusstagung des Forschungsprojektes stattfinden. Weitere Informationen siehe
Homepage des Verbundprojektes: www.fachlaufbahnen.de
Buchtipp: Michel E. Domsch/Désirée H. Ladwig (Hrsg.)
(2011): Fachlaufbahnen. Alternative Karrierewege für Spezialisten schaffen. Köln: Luchterhand.
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Casemaker Andreas Dörich
Casemaker ist ein Querschnittsprojekt mit dem Ziel, neue Lernund Lehrmethoden in der Hochschulbildung und Berufsbildung der Sekundarstufe II mit Hilfe einer webbasierten OpenSource- ICT-Plattform zu fördern, die speziell entwickelt, um
case-based (fallbasiertes) Lehren und Lernen zu verbessern.
Casemaker ist ein Projekt aus dem Lifelong Learning Programm von Erasmus und läuft seit Januar 2013 für drei Jahre.
Neben der FH Lübeck beteiligen sich die Copenhagen Business School (Dänemark, Leadpartner), die CASS Business
School (Großbritannien), die Universität Lund (Schweden), die
Birmingham City University (Großbritannien), das Technological Educational Institute of Epirus (Griechenland) sowie die
dänische Firma Phases an dem Projekt.
66
Fachhochschule Lübeck
Die zu entwickelnde IKT-Plattform wird auf der Technologie
und den Erfahrungen des Vorgängerprojektes Shareville (noch
ohne Beteiligung der FHL) sowie den Moodle-Plattformen der
Projektpartner aufbauen. Wesentliche Zielsetzung des Projektes
ist es, Wissenschaft und Praxis weiter zu integrieren, um Studierenden sowie Schülerinnen und Schülern bei der Entwicklung
praxisnaher und übertragbarer Fähigkeiten für ein späteres
Berufsleben durch fallbasiertes Lernen zu unterstützen.
Geplanter Projekt-Output ist es, eine IKT-Plattform zu entwickeln, die fallbasierte Lehre durch drei integrierte Bestandteile
unterstützt:
•
•
•
CaseDeveloper, eine Software-Komponente, die eine kollaborative multimediale Entwicklung von Fallstudien erlaubt,
CaseTeacher, eine Software-Komponente, die es Lehrerenden ermöglicht, ihren Studierenden neben den Fallstudien
auch Kompetenzprofile und Lernziele zuzuordnen, und
den Lernenden ermöglicht, die Fälle zu lösen,
CaseAnalyser, eine Software-Komponente, die es den Lehrenden erlaubt, die Lernenden graphisch und semantisch zu
analysieren und so einen einzigartigen Einblick in den Lernprozess und die Kollaboration der Lernenden ermöglicht.
Die Software wird eine Erstellung und Bearbeitung der Fälle im
„What you see is what you get“-Format ermöglichen. Außerdem wird es der innovative Ansatz ermöglichen, alle bekannten
Dateiformate in die Fälle zu integrieren. Diese benutzerfreundliche Oberfläche soll eine maximale Kollaboration zwischen
Lehrenden und Forschenden sowie den Studierenden und
Schülerinnen und Schülern ermöglichen.
Die Casemaker-Plattform wird innerhalb der dreijährigen
Projektlaufzeit entwickelt und soll universell in allen Ebenen
des Bildungssystems einsetzbar sein. Um eine nachhaltige Integration von fallbasiertem Lernen in Europa zu ermöglichen,
soll die entwickelte Open-Source-Software kostenfrei allen
Bildungsinstitutionen in Europa zur Verfügung gestellt werden.
Die FH Lübeck wird sich nicht nur an der Entwicklung der Casemaker-Plattform beteiligen, sondern die entwickelte Software
auch im Rahmen der Online-Studiengänge zum Einsatz bringen.
Aktuelle Informationen zum Projekt finden sich unter:
https://sf.cbs.dk/casemaker/
Ansprechpartner an der FHL ist Dipl.-Kfm. Andreas Dörich,
Tel. 0451 300-5463, E-Mail: andreas.doerich@fh-luebeck.de
With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union
RECOVERY
Niklas Jessen, Florian Schröder
Ein Konzept für das Energieeinsparpotenzial an Lübecks Mensen durch Rückgewinnung vorhandener Energie
Zusammenfassung
Hintergrund
Recovery ist ein Wettbewerbsbeitrag der Studenten Niklas
Jessen und Florian Schröder und befasst sich mit der Rückgewinnung von Wärme aus Abwässern. Die Wärme wird dem
Abwasser mit einem Wärmetauscher entzogen und dient
der Vorwärmung des Brauchwassers möglichst im gleichen
Gebäude. Aufgrund der hohen Wärmekapazität des Wassers
lassen sich dadurch bei Großverbrauchern erhebliche Energiemengen einsparen. Unter günstigen Bedingungen wird, wie am
Beispiel der Campus-Mensa errechnet, eine Amortisation der
Kosten für die Anlage bereits nach zwei Jahren erreicht. Weitere
geeignete Gebäude wurden auch in Betracht gezogen. So zum
Beispiel das Finanzamt und das Landgericht. Die Methode zur
Rückgewinnung von Wärme aus Abwässern liegt auf der Hand,
wird aber bislang kaum angewendet.
“Recovery” ist ein Konzept von Florian Schröder, B.Eng. und
Niklas Jessen, B.A. of architecture. Beide sind Studenten der
Fachhochschule Lübeck. Sie haben dieses Konzept beim Wettbewerb für den Energieeffizienzpreis der Gemeinnützigen Sparkassenstiftung zu Lübeck eingereicht und damit den ersten Preis
gewonnen. Die Gemeinnützige Sparkassenstiftung zu Lübeck
lobte den neuen Preis exklusiv für die Mitglieder der Fachhochschule Lübeck aus. Aufgerufen waren alle Studierenden,
Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen sowie Professorinnen und
Professoren der FH Lübeck, sich am Wettbewerb zu beteiligen.
Gesucht wurden innovative Konzepte, die zur Steigerung der
Energieeffizienz und zur nachhaltigeren Nutzung des Energieeinsatzes in Hochschulen, öffentlichen Institutionen, Unternehmen und privaten Haushalten führen. Der Wettbewerb findet
alle zwei Jahre statt und wurde erstmals im Jahr 2013 ausgelobt.
Fachhochschule Lübeck
67
Einführung
Für die Energieeinsparung werden von der Bundesregierung
bisher vorwiegend herkömmliche Konstruktionen wie zum Beispiel die Dämmung der Außenfassade oder die Installation einer
Solaranlage gefördert. Es wurde festgestellt, dass diese Methoden
nicht immer der ideale Weg sind, um Energie einzusparen.
Wir waren deshalb auf der Suche nach einer alternativen Konstruktion, die die vorhandene Wärme, die in Gebäuden anfällt,
ideal weiternutzen kann. Wir haben uns daher gefragt: Wo fällt
in Gebäuden die höchste, nutzbare Energie an? Schnell ist uns
klar geworden, dass viele öffentliche Gebäude Mensen besitzen,
die durch den hohen Verbrauch von heißem Wasser eine große
Menge Energie verbrauchen, die jedoch nicht weiter genutzt
wird. Wir haben uns somit dazu entschlossen die Mensa der
Fachhochschule Lübeck näher zu betrachten. In dieser wird über
einen verhältnismäßig langen Zeitraum, i.d.R. von 7:00 – 15:00
Uhr, warmes Abwasser mit einem sehr hohen Temperaturniveau
produziert. Derzeit wird das Abwasser der Mensa ungenutzt in
den öffentlichen Kanal eingeleitet und zum Klärwerk befördert.
Diese Energie sollte möglichst simpel weitergenutzt werden
können.
So ergibt sich die zentrale Fragestellung: Ist es möglich diese Energie effizient zu nutzen? Wenn ja: In welcher Form?
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Fachhochschule Lübeck
Funktionsprinzip
Die in der Mensa über mehrere Leitungen gesammelten Abwässer
werden im Bereich der Fallleitungen zu einem größeren Hauptstrom zusammengefasst. Die Abwässer fließen der Wärmerückgewinnungsanlage im Freigefälle zu und geben ihre Wärmemenge
in diesem an den Heizkreislauf im Gegenstromprinzip ab. Die
Wärmerückgewinnungsanlage nutzt die Abwärme aus Abwässern
und besteht aus nur einem Anlagensegment: Dem Wärmetauscher. Der Wärmetauscher entzieht dem Abwasser Wärme und
überträgt diese auf das im Wärmetauscher befindliche Medium
Wasser. Im Anschluss stehen Temperaturen von bis zu 25 °C zur
Verfügung. Diese werden in den Warmwasserkreislauf der Mensa
eingespeist und wärmen den Brauchwasserspeicher vor.
Einsparpotenzial
In der Mensa der Fachhochschule Lübeck werden täglich ca.
2000 warme Mahlzeiten ausgegeben. Bei einem mittleren Wasserverbrauch von 10 l pro Mahlzeit entstehen so ca. 20.000 l
Prozessabwässer in ca. 8 h. Die genaue Temperatur der Abwässer liegt uns zurzeit nicht vor, wird zunächst jedoch, aufgrund
vergleichbarer Studien, mit 60 °C angenommen. Da es in diesem Rahmen nicht möglich ist, einen detaillierten Rechenweg
aufzuzeigen, werden hier nur die wesentlichen Informationen
erläutert. Die in dieser Abwassermenge potenziell enthaltende
Wärmeleistung wurde zu 175 kW ermittelt. Bei einer erreichbaren Wärmeentnahme von 25 °C und einer Wärmetauscheroberfläche von 4,5 m² kann der Wärmetauscher eine Leistung
von ungefähr 70 kW erzeugen. Über verschiedene Umrechnungsfaktoren lassen sich so auch die äquivalenten Einsparpotenziale berechnen.
Bei angenommenen ca. 2000 Betriebsstunden pro Jahr kann
eine Gesamtenergie von 120.000 kWh eingespart werden. Es
lassen sich so ca. 14.000 l Heizöl einsparen. Bei einem gegenwärtigen Heizölpreis von 0,86 €/l bedeutet dies eine Kosteneinsparung von ca. 12.000 € im Jahr. Auch die CO2-Emissionen
lassen sich um 37 t reduzieren, was einem CO2-Ausstoß von
ungefähr 25 neuen PKWs entspricht.
Fazit
Für eine Realisierbarkeit des Projektes haben wir uns ein Pilotprojekt an der Campus Mensa vorgestellt, die wir deshalb auch
genauer untersucht haben. Der 10m³ Brauchwasserspeicher im
Keller der Campus Mensa bietet die ideale Voraussetzung für
ein derartiges Unternehmen.
Unser Ziel ist es, dieses Projekt fortzuführen und mit Unterstützung ein Serienprodukt namens “Recovery” zu entwickeln.
Kontakt
Niklas Jessen
Email: mail@niklasjessen.com
Florian Schröder
Email: flo_sch1@web.de
Es kann angenommen werden, dass ein Wärmetauscher dieser
Konstruktion in der Herstellung und Installation etwa 15.000
€ kostet. Vor dem Hintergrund unserer Rechnung kann davon
ausgegangen werden, dass diese Ausgaben bereits nach 2 Jahren armotisiert sind. Ein solcher Wert wird bei herkömmlichen
Methoden nur selten erreicht.
Fachhochschule Lübeck
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„Fachlaufbahnen im Haus der Karriere“ Fachtagung am 23.9.2013 an der Helmut-Schmidt-Universität
Forschungsprojekt „Fachlaufbahnen“ Ein Verbundprojekt der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg und
der Fachhochschule Lübeck Projektleitung: Prof. Dr. Michel E. Domsch, Prof. Dr. Désirée H. Ladwig
Wissenschaft und Praxis signalisieren, dass die Karrieregebäude
in Unternehmen heutzutage völlig anders zu konzipieren sind.
Zukunftsorientierte, innovationsfähige Unternehmen haben
dieses bereits erkannt und bieten ihren ExpertInnen alternative
Laufbahnsysteme „im Haus der Karriere“ an – als attraktive, zur
Führungslaufbahn gleichwertige Karriereoption. Das Angebot
dieser alternativen Laufbahnsysteme ermöglicht es ihnen nicht
nur, ihre FachexpertInnen erfolgreich anzuwerben, sondern
auch langfristig zu fördern und an das Unternehmen zu binden.
Die Frage, wie ein alternatives Laufbahnsystem gestaltet sein
muss, damit es für die immer rar gesäten Top-ExpertInnen
langfristig attraktiv ist, hat dabei in der Agenda des Personalmanagements vielfach – zu Recht – bereits oberste „Priorität“
erhalten.
Im Rahmen der von der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg
und der FH Lübeck veranstalteten Fachtagung am 23.9.2013
fanden die teilnehmenden 45 VertreterInnen aus Wissenschaft
und Praxis ein breites Spektrum an wertvollen Informationen
zu folgenden Themen:
•
•
Konzeption, Implementierung und Anpassung von
Fachlaufbahnen
Chancen und Herausforderungen durch die Einführung
alternativer Entwicklungspfade
Zu Beginn präsentierte das Projektteam (Leitung Prof. Dr.
Michel E. Domsch/HSU und Prof. Dr. Désirée H. Ladwig/
FH Lübeck) die Ergebnisse des dreijährigen Forschungsprojekts „Fachlaufbahnen – Alternative Laufbahnentwicklung
in Unternehmen“. Eine StudentInnen-Befragung informierte
über die Karrierewünsche der Generation Y. Zu ausgewählten,
relevanten Themen wie die Attraktivität, Gleichwertigkeit,
Anerkennung und Einflusschancen der Fachlaufbahn wurden
die Ergebnisse der Interviews mit FachlaufbahnerInnen und
PersonalerInnen vorgestellt.
70
Fachhochschule Lübeck
Darüber hinaus wurden wertvolle Erfahrungswerte aus der
Unternehmenspraxis vom Projektteam präsentiert, die auf Basis
der Zusammenarbeit mit 14 Wirtschaftsunternehmen verschiedener Branchen und Größenordnungen und Praxis-Workshops
erarbeitet wurden.
Im Rahmen von Fachvorträgen informierten Praktikerinnen
über interessante, aktuelle Themen und berichteten über konkrete Beispiele aus ihrer (Unternehmens-)Praxis:
•
•
•
Chancen und Möglichkeiten konzernweiter
Expertenentwicklung der Telekom AG,
Dr. Saskia Dörr, Deutsche Telekom AG
Coaching von FachlaufbahnerInnen,
Dipl.-Psych. Verena Sühling
Laufbahnkonzepte bei der ECE,
Barbara Hatzer, ECE Projektmanagement GmbH & Co. KG
Insgesamt ergab der Austausch zwischen den TeilnehmerInnen
eine Fülle von praxisrelevanter Ideen und zukunftsorientierter
Handlungsempfehlungen für die Umsetzung struktureller und/
oder konzeptioneller Aspekte der Fachlaufbahnen. Weiterhin
gab es im Rahmen von Workshops einen fruchtbaren Diskurs
über die Themen „Fachlaufbahn auf Zeit?“, „Fachlaufbahn unter
Gender-Aspekten“ und „Quotendiskussion unter Einbeziehung
der Fachlaufbahn“. Das Angebot, sich im Rahmen der ab 1.
Januar 2014 aktiven FL-Community eine Informationsplattform
und einen Vernetzungsraum zu nutzen sowie sich auf regelmäßig stattfindenden Tagungen auszutauschen, stieß auf breites
Interesse. Für eine Aufnahme in die Community können sich
interessierte und erfahrene Unternehmen bewerben. Interessenten können kostenlos die elektronische Version der Broschüre
„Fachlaufbahnen im Haus der Karriere“ anfordern, in der die
wesentlichen Projektergebnisse enthalten sind.
Verantwortlich
f.d.R.i.S.d.P.
Prof. Dr. Michel E. Domsch
Fakultät für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften
Leitung MDC Development Center
Institut für Personal und Arbeit
Helmut-Schmidt-Universität Hamburg
Holstenhofweg 85
D-22043 Hamburg
Prof. Dr. Désirée H. Ladwig
Fachbereich Maschinenbau und Wirtschaft
Fachhochschule Lübeck
University of Applied Sciences
Mönkhofer Weg 239
D-23562 Lübeck
info@fachlaufbahnen.de
www.fachlaufbahnen.de
PELIT – ESF-Projekt „E-Learning IT“ (2011-2012) Farina Steinert
Ziel des Projektes „PELIT“ war die Entwicklung einer nachhaltigen Online-Weiterbildungsplattform für die Branchen IT,
Telekommunikation und Medien in Schleswig-Holstein. Das
Projekt wurde gefördert aus dem Zukunftsprogramm Arbeit
zur Förderung der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen in
Schleswig-Holstein.
Projektpartner/-innen waren die FH Lübeck (E-LearningBereich), die WTSH GmbH mit dem angesiedelten Clustermanagement DiWiSH und regionale Branchenunternehmen
(NetUSE AG, b+m Informatik GmbH, Sealmedia, New Communication, SoIT, ALS – Aktivierende Lernsysteme GmbH, SC
Akademie, Tim Schlotfeld E-Learning).
Entscheidendes Element des Projektansatzes war, dass der
grundsätzliche clusterspezifische Ansatz von „Innovation
durch Kooperation“ konkrete Anwendung fand. Die Partner/innen haben sich zusammengeschlossen, um gemeinsam ein
auf die konkreten Bedürfnisse der Schleswig-Holsteinischen
IT-Unternehmen zugeschnittenes Qualifizierungsangebot zu
entwickeln. Im Rahmen dieses kooperativen Ansatzes wurden die Inhalte gemeinsam abgestimmt, so dass alle beteiligten Partnerunternehmen von den bereitgestellten Modulen
profitieren.
Das Projekt erstreckte sich über eine Laufzeit von 2 Jahren.
Die erste 12-monatige Phase bestand aus der Konzeptionierung, einer gezielten Bedarfsanalyse sowie der Erstellung der
Modulinhalte durch Fachkräfte aus den Partnerunternehmen
sowie aus dem Transfer der Inhalte in E-Learning-Module
durch die Fachhochschule Lübeck. Die zweite Phase bestand
aus der begleiteten Durchführung des QualifizierungskonFachhochschule Lübeck
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zeptes in den Partnerunternehmen sowie in der Sicherung
der Nachhaltigkeit durch die Gewinnung neuer Betriebe. Die
technische Infrastruktur für den Weiterbildungsbetrieb wurde
von der FH Lübeck in das Projekt eingebracht.
Die produzierten Online-Module sind auf das selbstgesteuerte
Lernen ausgerichtet und umfassen Inhalte, die nicht nur von
Branchenrelevanz sondern auch von hoher Wiederverwendbarkeit gekennzeichnet sind. Der Weiterbildungs-Pool für das
IT-Cluster in Schleswig-Holstein umfasst folgende Module:
Sowohl bei der Konzeptionierung als auch bei der Durchführung des Qualifizierungskonzeptes wurde das innovative
Konzept des „Accelerated Learning“ (aktivierendes Lernen)
angewendet (Siebert, 2010). Dieses Konzept kümmert sich
gezielt um die die Motivation der Lernenden und die Nachhaltigkeit, insbesondere beim E-Learning. Es basiert auf Erkenntnissen der Gehirnforschung bzw. dem Prinzip, dass oftmals nur
das Lernen, welches an eigene Erfahrungen und die Lösung
praktischer Probleme anknüpft, nachhaltig sein kann. Wichtig
hierbei ist, dass die Teilnehmer/-innen der Schulungen das
Wissen beim Lösen ihrer beruflichen Aufgaben sinnvoll einsetzen können. Um diese Erkenntnisse im Projekt PELIT erfolgreich umsetzen zu können, wurde eine Didaktik entwickelt,
die die erforderlichen sechs Stufen nachhaltiger Lernprozesse
berücksichtigt (MASTER):
1.
2.
3.
4.
5.
6.
M entales Vorbereiten
A ufnehmen der Lerninhalte
S uche nach Sinn und Bedeutung
T reibstoff fürs Gedächtnis
E insetzen des Gelernten
R eflexion des Gelernten
Eine umfangreiche im Jahr 2009 durchgeführte Studie zum
Thema “Gründe für erfolgreiches Lernen” bestätigt den Erfolg
dieser didaktischen Vorgehensweise.(Hattie, 2009). Das Einsetzen visueller Methoden rangiert nach seinen Erkenntnissen
z.B. nur auf Rangplatz 104, das Schildern praktischer Fälle
auf Rang 118 und das Fachwissen der Lehrenden auf Rang
125. Ganz oben auf der Rangliste steht dagegen die direkte,
praxisbezogene Bedeutung des Gelernten für den Lernenden.
Diese Aussage ist direkt mit dem Aspekt der Motivation und
Nachhaltigkeit in Verbindung zu setzen: Nur wenn Gelern72
Fachhochschule Lübeck
tes Bedeutung für den Lernenden hat, wenn der Lernende es
direkt einsetzen kann und wenn es reflektierbar ist kann es
motivieren und nachhaltig sein. Da Menschen nur äußerst
schlecht kontextfrei wahrnehmen und damit auch lernen, muss
der Stoff vom Kontext “Lernumgebung” gezielt in den Kontext
“Berufsumfeld” übertragen und dort praktisch und erfolgreich
eingesetzt und damit verankert werden. Eine dem Ansatz des
„Accelerated Learning“ entsprechende Didaktik wird im Projekt PELIT umgesetzt, indem kurze, praxisnahe, arbeitsplatzrelevante und von Vertretern aus der Branche selbst
konzipierte E-Learning Module konzipiert werden,
deren fachgerecht begleitete Durchführung einen
großen Erfolg verspricht.
In der Empfehlung des BMBF “E-Learning in KMU –
Markt, Trends, Empfehlungen“ heißt es dazu: “Bei der
Planung von E-Learning sollen Unternehmen v.a. die
folgenden Kriterien für die Auswahl von E-Learning
Inhalten und Tools berücksichtigen: Integrierbarkeit,
Kürze, Arbeitsplatznähe, Transferierbarkeit, Flexibilität,
Berücksichtigung von Branchenspezifika, Kosten.“ Diese infrastrukturellen Voraussetzungen und entsprechende Expertise
brachte die FH Lübeck in das Projekt ein.
Während der Projektlaufzeit von PELIT wurde ein tragfähiges
Geschäftsmodell entwickelt, das Betrieb und Aktualisierungen
der Weiterbildungsplattform sicherstellt. Der entstandene Pool
der branchenspezifischen Module bleibt somit dauerhaft verfügbar. Das Clustermanagement DiWiSH sowie die Projektpartner akquirieren kontinuierlich neue Partner_innen, um neue
Seminarinhalte zu konzipieren bzw. ihre Mitarbeiter_innen in
den vorhandenen Modulen zu schulen. Vertriebsinstrument ist
eine jährliche, gebührenbasierte „Weiterbildungs-Flatrate“, die
unbegrenzten und freien Zugang zu allen Modulen ermöglicht.
Die so generierten Einnahmen gewährleisten die zukünftige
Modulpflege und -aktualisierung, um eine nachhaltige Nutzung
der Projektergebnisse zu ermöglichen.
Die PELIT-Module werden mit einem Zertifikat abgeschlossen. So wird gewährleistet, dass für die regional ansässigen
Clusterunternehmen eine Aussage über Qualifikation und
Wissensstand von Mitarbeiter/innen getroffen werden kann.
Insgesamt haben an der Qualifizierungsmaßnahme 115 Personen teilgenommen. Dies führte im Projekt zu insgesamt 345
Kursbelegungen.
Siebert, Horst (2008): Methoden für die Bildungsarbeit, Leitfaden für aktivierendes Lernen, wbv-Verlag, Bielefeld, Deutsches
Institut für Erwachsenenbildung (Hrsg.), S.13.
Hattie, John (2013): Lernen sichtbar machen, überarbeitete
deutschsprachige Ausgabe von „Visible Learning“ besorgt von
Beywl, Wolfgang; Zierer, Klaus.
Regulatory Affairs für die Medizintechnik (RAM)
Farina Steinert
Im Projekt wurde für das Wirtschaftscluster Medizintechnik
in Schleswig-Holstein ein neues berufsbegleitendes Qualifizierungsangebot entwickelt. Das Vorhaben wurde von Prof. Dr.
Stephan Klein (Labor für Medizinische Sensor- und Gerätetechnik) geleitet. Die E-Learning-Kompetenz brachte das
Team von Prof. Dr. Rolf Granow ein. Projektpartner/-innen
waren neben der Technologie-Transfer-Unit Medisert an der
Universität zu Lübeck und dem Projekt „Tandem“ folgende
Branchenunternehmen:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Söring GmbH, Quickborn
Olympus, Hamburg
Bauer & Häselbarth Chirurg GmbH, Ellerau
Akrus GmbH &Co. KG, Elmshorn
Möller-Wedel GmbH, Wedel
c.a.r.u.s. HMS GmbH, Norderstedt
Mie GmbH, Seth
C.R.C. Partnerschaftsgesellschaft, Lübeck
tricumed Medizintechnik GmbH, Kiel
Das Qualifizierungsangebot vermittelt Beschäftigten in Medizintechnikunternehmen Kompetenzen zu den gesetzlichen
Vorgaben ihrer Produkte. Dazu wurden 20 Online-Module mit
insgesamt 160 Lernstunden entwickelt, die sich nachhaltig in
die Personalentwicklungskonzepte und in die Schulungsabläufe der Medizintechnikfirmen integrieren lassen. Die Module
wurden zu 2 Pilotkursen zusammengefasst und durchgeführt
sowie evaluiert.
Der Projektablauf war vierstufig:
Die Kursthemen wurden in Zusammenarbeit mit Branchenunternehmen aus Schleswig-Holstein entwickelt.
Auf Grundlage eines Workshops mit den beteiligten Unternehmen wurden die Qualifizierungsziele und Vorstellungen
der Unternehmen für ein Kurskonzept diskutiert. Die Module
sollten sich demnach an Fach- und Führungskräfte im mittleren Management der Medizintechnikunternehmen richten. Es
wurden konkrete Themen für mögliche Lernmodule erarbeitet.
Diese mündeten anschließend in ein Konzept über zwei mentoriell betreute Pilotkurse (Basiskurs, Fortgeschrittenenkurs).
Basiskurs
1. Einführung in europäische Regularien für Medizinpro dukte und die nationale Gesetzeslage
2. Medizinprodukte-Beobachtungs- und Meldesystem/ Medizinprodukteberater und Sicherheitsbeauftragter
3. Technische Dokumentation für die Zulassung von Medizinprodukten
4. Regulatorische Anforderungen an Verpackung und Kennzeichnung bei Medizinprodukten
5. Risikomanagement in Medizintechnikunternehmen
6. Anforderungen an Klinische Bewertung und Prüfung von Medizinprodukten
7. Verifizierung und Statistik in Design und Produktion von Medizinprodukten
8. Validierung in den verschiedenen Prozessen eines Medizinprodukteherstellers
9. Interne und externe Audits
Fortgeschrittenenkurs
Zu Beginn des Projektes wurde eine Marktanalyse durchgeführt.
Diese ergab, dass bereits verschiedene Weiterbildungen zum
Thema Regulatory Affairs in der Medizintechnik angeboten
werden. Die beteiligten privaten Anbieter führen diese jedoch
nicht berufsbegleitend, sondern in Vollzeit bzw. als Präsenzveranstaltungen durch. Es wurde deutlich, dass in den regionalen
Unternehmen ein erheblicher Qualifizierungsbedarf besteht.
1. Klinische Bewertung und Prüfung Vertiefung
2. Vigilanzsysteme International
3. Validierung Vertiefung
4. Management-Methode Six Sigma
5.Vertragswesen
Fachhochschule Lübeck
73
6. Systeme und Behandlungseinheiten (ISO 60601)
7. Regulatorische Anforderungen an Medizinprodukte
in den USA
8. Inspektion des Qualitätsmanagement-Systems
durch die FDA
9. Zulassung von Medizinprodukten in Kanada
10. Zulassung von Medizinprodukten in Lateinamerika
11. Zulassung von Medizinprodukten in Asien
(Japan, Taiwan, Korea, China)
Die Online-Module wurden auf der Lübecker E-Learning-Infrastruktur in Kooperation mit Autor/-innen aus der betrieblichen Praxis entwickelt und produziert. In den Pilotkursen
wurden insgesamt 38 Teilnehmer/-innen qualifiziert. Die Kurse
werden nachhaltig im Rahmen der Weiterbildungsaktivitäten
der FH Lübeck weiter verwertet.
IMPROVING SECURITY BY DEMOCRATIC PARTICIPATION (ISDEP) Andreas Dörich
Seit Januar 2013 unterstützt der E-Learning-Bereich der Fachhochschule Lübeck die Association of Chief Police Officers
(Terrorism & Allied Matters) Großbritanniens bei dem Projekt
europaweit die innere Sicherheit durch aktive demokratische
Teilhabe aller anstatt durch passiven Schutz gestärkt werden soll.
Das durch das Directorate-General Home Affairs Programme
- Prevention of and Fight against Crime as part of the General
Programme, Security and Safeguarding Liberties Plan 2012 –
2015 – der Europäischen Kommission geförderte zweijährige
Projekt umfasst 15 Partner aus neun europäischen Ländern
sowie weitere assoziierte Partner, sowohl auf akademischer
Ebene wie auch auf Seiten von Regierungen und NGOs.
Im Rahmen des Projektes wird eine Vielzahl von Ressourcen entwickelt, die zur Erreichung u.a. folgender Ziele beitragen sollen:
•
Sensibilisierung der Bevölkerung bzgl. verschiedenster
Formen der Radikalisierung und deren Treibern
•
Schaffung des Rüstzeuges zur Identifizierung von Radikalisierung aller Art für Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an
der Front
•
Verbesserung der Einbindung der Zivilgesellschaft, um die
Widerstandsfähigkeit von Individuen und Gemeinschaften
gegen alle Formen der Radikalisierung zu stärken
Zur Erreichung dieser Ziele wird ein umfangreiches Schulungspaket entwickelt. Dieses wird sowohl in Präsenz als auch
online all diejenigen trainieren und unterstützen, die in den
beteiligten Institutionen an der Front die Schlüsselarbeit gegen
alle Formen der Radikalisierung leisten. Schwerpunktbereiche
des Projektes werden Bildungsinstitutionen, Gefängnisse, die
Organe der Exekutive sowie Nicht-Regierungs-Organisationen
74
Fachhochschule Lübeck
sein. Grundlage des Projektes ist dabei der intensive Austausch
von Best-Practice-Know-How aller Beteiligten um international einen Mehrwert zu schaffen und Radikalisierungstendenzen, welcher Art auch immer, im Vorfeld zu unterbinden.
Der E-Learning-Bereich der Fachhochschule Lübeck wird ein
umfangreiches Paket an Lehr- und Lernmaterialien für die
im Projekt beteiligten Personen erstellen, das das praktische
Training flankiert. Schwerpunkte der Materialentwicklung
werden neben der Know-How-Vermittlung stets aktueller
Themen die Möglichkeiten zum Erfahrungsaustausch und
zum Aufbau neuer Partnerschaften über Ländergrenzen
hinweg sein. Zusätzlich wird eine Vielzahl bereits von einzelnen Projektpartnern genutzter Lehrmaterialien (z.B. Videos)
über die E-Learning-Plattform europaweit in verschiedenen
Sprachen zur Verfügung gestellt. Eine besondere Herausforderung im Projekt stellen die sehr unterschiedlichen technischen
Voraussetzungen der Beteiligten dar, die durch verschiedenste
Sicherheitsmaßnahmen, etwa innerhalb von Polizeigebäuden,
zusätzlich limitiert werden.
Des Weiteren ist geplant, eine App zu entwickeln, die zur
Öffentlichkeitsarbeit und Bekanntmachung des Projektes
sowie zur Sensibilisierung der Bevölkerung für das Thema der
Radikalisierung eingesetzt werden soll. Auch diesen Aufgabenbereich im Projekt wird die FH Lübeck übernehmen.
Ansprechpartner an der FHL ist Dipl.-Kfm. Andreas Dörich,
Telefon: 0451 300-5463, E-Mail: andreas.doerich@fh-luebeck.de
KNOWME - THE EUROPEAN ACADEMIC AND INDUSTRY NETWORK FOR
INNOVATIVE MARITIME TRAINING, EDUCATION AND R&D Andreas Dörich
Mit dem Projekt KNOWME adressiert die Fachhochschule
Lübeck wichtige Fragestellungen der „EU maritime transport
strategy 2018“. Insbesondere der zunehmenden Verknappung
qualifizierten Personals soll mit den Projektaktivitäten entgegen gewirkt werden. Die maritime Wirtschaft muss sich durch
interessante Arbeits- und Lebensbedingungen sowie lebenszyklusorientierte Karrierewege mit Übergängen zwischen Land
und See attraktiv darstellen um neben anderen Branchen um
die besten Köpfe konkurrieren zu können und weltweit wettbewerbsfähig zu bleiben. Wichtig ist, dass hierfür ein ganzheitliches, transparentes und europaweites Konzept mit hochwertigen Angeboten geschaffen wird.
Hierzu wird im Rahmen des Projektes KNOWME eine
Vielzahl von Maßnahmen ergriffen. So entwickelt der E-Learning-Bereich der Fachhochschule Lübeck drei Lernmodule
zu den Themen „Cross-Cultural Training“, „Environmental
Management“ sowie „Maritime Logistics and Supply Chain
Management“, die insbesondere von Menschen auf See genutzt
werden sollen. Eingebunden werden diese Online-Kurse in
das im Rahmen des Projektes zu entwickelnde EU-Portal für
Karrieremanagement und Ausbildung von Seefahrerinnen und
Seefahrern, ebenso wie ein virtuelles Handbuch zur modernen
Seefahrt. Auch dieses wird von den Spezialistinnen und Spezialisten des Lübecker E-Learning-Teams gemeinsam mit dem
fachlichen Know-How der Projektpartner erstellt. Des Weite-
ren werden im Projekt verschiedene Themenfelder rund um
das „humane Element der Seefahrt“ von den beteiligten Institutionen erforscht sowie vielfältige Maßnahmen getroffen, die
zur Verbesserung des Images der Seefahrt beitragen werden.
Weitere Partner in dem seit Juni 2011 laufenden Projekt im 7.
Forschungsrahmenprogramms sind Edinburgh Napier University (Schottland), Hochschule Bremen, Jacobs Universität
Bremen, Høgskolen Molde (Norwegen), IVL Swedish Environmental Research Insitute (Schweden), Göteborgs Universitet
(Schweden); Chalmers University of Technology (Schweden),
University of the AEGEAN (Griechenland), ITMMA Universiteit Antwerpen (Belgien) sowie dsn (Deutschland).
Aktuelle Informationen zum Projekt finden sich unter
www.know-me.org
Ansprechpartner an der FHL ist Dipl.-Kfm. Andreas Dörich,
Telefon: 0451 300-5463, E-Mail: andreas.doerich@fh-luebeck.de
The research leading to these results has received funding from the European
Union Seventh Framework Programme FP7/2007-2013 under grant agreement
n° MOVE/FP7/265966/“KNOW-ME“.
Neugestaltung des Labors Kommunikationsnetze
Horst Hellbrück, Andreas Hanemann, Dawoud El-Sabbagh
Zusammenfassung
Einführung
Das Labor Kommunikationsnetze am Fachbereich E+I wurde
in den vergangenen Jahren in einem kontinuierlichen Prozess
neu gestaltet, um Studierenden die Konfiguration moderner
Netzinfrastrukturen zu vermitteln und entsprechende Versuche durchzuführen. Das Labor kann dabei für eine Reihe von
Lehrveranstaltungen zu Rechnernetzen inklusive der Themenbereiche Netzsicherheit und mobile Netze eingesetzt werden.
Außerdem bildet es eine hervorragende Basis für verschiedene
Forschungsaktivitäten.
Heutzutage sind nicht nur große Organisationen, sondern auch
viele mittlere und kleine Firmen auf eine robuste und zuverlässige Netzinfrastruktur angewiesen. Die Studierenden erwerben daher fundierte Kenntnisse dieser Netzinfrastrukturen
während ihres Studiums, wobei diese nicht nur in theoretischer
Art und Weise vermittelt, sondern auch durch praktische Experimente im Labor Kommunikationsnetze erlernt werden.
Fachhochschule Lübeck
75
Abbildung 1: Möglichkeiten zur Konfiguration im Labor Kommunikationsnetze
Aufbau des Netzes im Labor
Die Konfigurationsmöglichkeiten für die Netzinfrastruktur im
Labor (wie in Abbildung 1 dargestellt) wurden so ausgewählt,
dass damit eine Vielzahl von realitätsnahen Szenarien abgebildet werden kann. Beispielsweise kann die Topologie einer
mittelständigen Firma aufgebaut werden, die über mehrere
Standorte verfügt. An jedem der Standorte sind Server für verschiedene Einsatzzwecke vorhanden sowie eine lokale Netzinfrastruktur mit Switches, WLAN (Wireless Local Area Network)
Access Points und einem oder mehreren Routern. Weiterhin
kann in unserem Labor ein Telefonnetz mittels Voice-overIP (VoIP) realisiert werden, was in zunehmendem Maße in
Firmen eingesetzt wird. Die Vernetzung von Standorten findet
heutzutage über das Internet statt, woraus sich spezielle Anforderungen an die IT-Sicherheit ergeben. Im Labor lassen sich
dazu Virtual Private Network (VPN)-Lösungen (z.B. Tunnel mit
Internet Protocol Security/IPSec) schalten, die eine Verschlüsselung der Daten über ein nicht vertrauenswürdiges Netz (d.h. in
der Realität das Internet) sicherstellen. Außerdem könnte eine
Firma mobile Mitarbeiter (z.B. im Kundendienst) oder Heimarbeiter haben, die ebenfalls auf sichere Art und Weise Zugriff auf
die Server der Firma erhalten sollen. Auch dieses Szenario lässt
sich im Labor Kommunikationsnetze aufbauen.
Die Besonderheit des Labors Kommunikationsnetze liegt
darin, dass diese oben geschilderte komplexe Infrastruktur
76
Fachhochschule Lübeck
komplett aufgebaut und in Betrieb genommen werden kann.
Damit unterscheiden wir uns von früheren Konfigurationen,
die nur einzelne Teilaspekte abdecken konnten. Viele der
Herausforderungen in der Praxis ergeben sich gerade aus der
Komplexität der Gesamtkonfiguration.
Nutzungsmöglichkeiten des Labors
Das Labor bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten in allen drei
Tätigkeitsfeldern der Fachhochschule (Lehre, Forschung und
Wissenstransfer), die im Folgenden genauer erläutert werden.
Lehre
Im Labor Kommunikationsnetze wurden sechs Studierendenarbeitsplätze eingerichtet, wobei jeder Arbeitsplatz für die
Nutzung durch zwei Studierende vorgesehen ist. Das Labor
zielt darauf ab, die Studierenden auch mit den neuen Techniken wie WAN (Wide Area Network)-Emulation und WLAN
(gemäß Standard 802.11n) sowie VoIP vertraut zu machen.
Die Beherrschung der Protokolle ist dabei in einer abgeschlossenen Umgebung erlernbar, so dass sich Fehler nicht
auf das FH-Netz auswirken. Die Studierenden bauen dabei
eigens entwickelte und konzipierte Netze in Teamarbeit auf
und erlernen so den Umgang mit wichtigen Technologien und
Netzwerkkomponenten.
Im neu gestalteten Labor sind folgende Versuche durchführbar:
•
Strukturierung von Netzwerken unter Verwendung von Switching und Routing, Konfiguration und Einsatz der entsprechenden Protokolle, Berücksichtigung von IPv4 und IPv6
•
Einsatz von VLANs (Virtual Local Area Networks), d.h.
virtuellen lokalen Netzen zur Erhöhung der Sicherheit und
zur logischen Strukturierung
•
Aufbau verschiedener Arten von VPNs, Konfiguration von
Tunnel-Lösungen (mit IPSec, Secure Sockets Layer/SSL
und Secure Shell/SSH)
•
Konfiguration von gesicherten Bereichen (z.B. Demilitarized Zone/DMZ)
•
Einrichtung von Firewalls (z.B. als Paketfilter)
•
Konfiguration und Monitoring mittels Netzmanagement
(z.B. Simple Network Management Protocol/SNMP in
Kombination mit Nagios)
•
Einsatz von Geräten zur Erzeugung von Testverkehr (zur
Untersuchung der Stabilität des Netzes unter hoher Last
für verschiedene Protokolle)
•
Integration von Geräten zur Emulation von Weitverkehrsnetzen (WANs), wie sie bei der Entwicklung von verteilter
Software zur Standardentwicklungsumgebung avancieren
•
Konfiguration von VoIP- oder Video-Datenverkehr, Einrichtung von Verkehrsklassen
•
Einrichtung eines WLAN-Subnetzes mit Authentifizierungslösung z.B. 802.1X
Mit den Netzkomponenten lassen sich zudem verschiedene
Topologien (z.B. Stern- oder Ringtopologien) versuchsweise
aufbauen.
Herr El-Sabbagh zeigt den neuen
Studierende im Laborversuch mit
Netzwerkschrank
Herrn Hellbrück
Das Kommunikationsnetze-Labor wird in vielfältigen Veranstaltungen in einer Reihe von Studiengängen und -richtungen
genutzt. Zu den Veranstaltungen mit hohen Praktikumsanteilen im Labor zählen:
•
Principles of Communications 2 (Bachelor KIM ISE)
•
Kommunikationsnetze (Bachelor KIM EKS)
•
Rechnernetze (Bachelor Informatik/Softwaretechnik)
•
Rechnernetze Vertiefung (Bachelor Informatik/Softwaretechnik)
•
Netzwerkmanagement (Wahlpflichtfach Bachelor Informatik/Softwaretechnik, Wahlpflichtfach Bachelor KIM EKS)
Präsenzveranstaltungen zu den Bachelor-Modulen „Kommunikationsnetze I“ und „Kommunikationsnetze II“ des OnlineStudiengangs Medieninformatik finden ebenfalls im Labor statt.
Forschung
Auch im Bereich der Forschung lassen sich die Arbeitsplätze
gut einsetzen. Wie in vielen Firmen ist der Einsatz von IPv6
auch an der FH Lübeck noch nicht erfolgt. Das Kommunikationsnetze-Labor kann für Geräteentwicklungen als Referenzund Testplattform dienen, wenn es um die Integration von
Geräten in ein realistisches IPv6-Umfeld geht. Da auch immer
mehr eingebettete Systeme eine Netzwerkschnittstelle besitzen,
ist ein steigender Bedarf auf diesem Gebiet zu erwarten.
Für viele Forschungsaufgaben im Bereich der Kommunikationsnetze und Verteilten Systeme sind Simulationen nicht
mehr ausreichend. Hier bieten Messungen basierend auf den
als Erweiterung vorgesehenen WAN-Emulatoren in Kombination mit Lastgeneratoren sichere und vertrauenswürdige
Ergebnisse. Dieses ist für die Entwicklung von Netzmonitoring
Software interessant, wie sie beispielsweise im von der EUgeförderten GEANT-Projekt [1] entwickelt wird.
Unsere neu angeschafften Netzwerkkomponenten (Router/
Switches) erlauben es auch, neue Ansätze in der Forschung
zum Internet der Zukunft umzusetzen und zu evaluieren.
OpenFlow z.B. ermöglicht es ein Netzwerk zu entwickeln,
indem man mittels eines standardisierten Befehlssatzes in das
Weiterleitungsverhalten von kommerziellen Netzwerkgeräten aktiv eingreifen kann. OpenFlow bietet eine Schnittstelle
zu kommerziellen Ethernet Switches, Routern und WLAN
Access Points, ohne dass Anbieter die internen Abläufe ihrer
Netzwerkgeräte freilegen müssen. OpenFlow wird derzeit als
das Instrument angesehen, um in der Zukunft in existierende
Netze in kurzer Zeit dynamisch neue Dienste zu integrieren
oder eigene Overlay-Netze aufzubauen. Für weitere Details
siehe [2] und [3].
Fachhochschule Lübeck
77
Eine wichtige Erweiterung des Internets wird die Erfassung
von Daten der realen Welt sein, um beispielsweise Informationen über Umweltphänomene zu sammeln oder um einem
Benutzer aktuelle Kontextinformationen bereitzustellen. Ein
wesentliches Instrument dieses zukünftigen Internets werden
daher drahtlose Sensor- und Mesh-Netze sein, mit denen diese
Daten erfasst und verfügbar gemacht werden. Im Labor Kommunikationsnetze wird dabei untersucht, wie sich drahtlose
Sensor- und Mesh-Netze in zukünftige Internet-Architekturen
integrieren lassen. Dabei sind unterschiedliche Aspekte von
der physikalischen Anbindung über Kommunikations- und
Service-Infrastrukturen bis hin zu Anwendungsproblemen zu
betrachten. Die Forschungsgruppe CoSA hat dazu ein Testbed
für Sensor-Netze in den letzten Jahren in Betrieb genommen
([4],[5],[6]).
Technologietransfer
Die Forschungsergebnisse lassen sich in der Forschung am
Fachbereich Elektrotechnik und Informatik z.B. in der Forschungsgruppe CoSA in der Medizintechnik für Publikationen
nutzen. Später sind auch auch F&E-Projekte dazu geplant.
Die Arbeitsplätze sind als Referenzimplementierungen von
Standards oder auch bei proprietären industriellen Systemen
exzellent zur Analyse von Verbindungsproblemen einsetzbar.
Damit kann sich die FH Lübeck als ein kompetenter Partner
für diese Mess- und Diagnoseaufgaben platzieren.
Referenzen
[1] perfSONAR (performance focused Service Oriented
Network Monitoring Architecture), Implementierung
durch EU-Projekt GEANT, http://perfsonar.geant.net/
[2]
OpenFlow: Enabling Innovation in Campus Networks
(Nick McKeown, Tom Anderson, Hari Balakrishnan,
Guru Parulkar, Larry Peterson, Jennifer Rexford, Scott
Shenker, Jonathan Turner), In ACM SIGCOMM Computer Communication Review, v.38 n.2, April 2008
[3] OpenFlow Switch Specification, Version 1.1.0,
February 28, 2011, http://www.openflow.org/documents/
openflow-spec-v1.1.0.pdf
[4] Wiseman - A Management and Deployment Approach for
WSN Testbed Software (Torsten Teubler, Horst Hellbrück), In 2013 IEEE INFOCOM Student Poster Session, 2013.
[5]
Using and Operating Wireless Sensor Network Testbeds
with WISEBED (Horst Hellbrück, Max Pagel, Alexander
Kröller, Daniel Bimschas, Dennis Pfisterer, Stefan Fischer),
In Proceedings of the 10th IEEE IFIP Annual Mediterranean Ad Hoc Networking Workshop, 2011.
[6] Forschungsgruppe CoSA, Testbed, http://www.cosa.fhluebeck.de/de/werkzeuge/testbed
Neue Bücher
vorgestellt von Henning Schwarz
„Stilfehler sind Denkfehler.“ überschreibt Hans Hattenhauer seine
Festrede anläßlich der Verleihung des Deutschen Sprachpreises
der „Henning-Kaufmann-Stiftung zur Pflege der Reinheit der
deutschen Sprache“ an ihn im Jahr 1995. Und fürwahr: Der Pflege
bedarf die deutsche Sprache heute mehr denn je. Da ist nicht nur
so Grundlegendes zu beklagen wie etwa die Verwendung von
„weil“ am Beginn eines Hauptsatzes, nicht nur die gedanken- und
somit stillose Doppelung von Wörtern gleicher Bedeutung wie
„aber dennoch“, die, folgt man Bastian Sick, tödliche Feindschaft
zwischen Dativ und Genitiv oder die Konstruktion von Monsterwörtern, aus deren Innern Großbuchstaben herausragen, Lanzen
gleich, geeignet zum Sturmangriff auf die deutsche Sprache; Nein,
ganze Wörter und Ausdrucksweisen werden umgedeutet und
gebrandmarkt: Der Negerkuß wird zum Super Dickmann`s, das
Zigeunerschnitzel von der Speisekarte verbannt und zu allem
Überfluß machen diese Bilderstürmer neuerdings auch noch die
deutsche Literatur zum Opfer ihres Wahns.
78
Fachhochschule Lübeck
Wie friedlich ist da doch die stille Welt der Fachliteratur, besonders der naturwissenschaftlichen. Die Inhalte liegen klar zutage,
der Autor ist ein ausgewiesener Fachmann, dem es problemlos
möglich sein sollte, dem Leser in überlegten und wohlgesetzten
Worten denk- und so stilfehlerfrei zu nützen. Sollte! Denn, daß
dies keineswegs immer gelingt, mußte auch an dieser Stelle
gelegentlich festgestellt werden. Bereits die drei Grundregeln
•
•
•
„Für den Leser, nicht für uns schreiben wir.“
„Einfach, klar, genau sei der Ausdruck“
„Sprechsprache ist nicht Schreibsprache.“
werden keineswegs immer beachtet. Dabei gibt es doch so viele
Autoren der verschiedensten Fachgebiete, die mit ihren Texten
als Vorbild dienen können.
Beispiel gefällig? Bitte, auch die so oft gescholtenen Juristen
können herangezogen werden: „Tritt der Wille, in fremden
Namen zu handeln, nicht erkennbar hervor, so kommt der
Mangel des Willens, in eigenem Namen zu handeln, nicht in
Betracht.“ (§164,2 BGB). Ein einfacher, klarer Satz, für den
Leser geschrieben, der an Genauigkeit nichts zu wünschen
übrig läßt.
Wie anders nimmt sich, um ein anderes Beispiel dagegenzusetzen, die fast zum Schlagwort verkommene Bezeichnung
„vollständige Induktion“ aus. Nicht nur, daß sich der beklagenswerte Leser Fragen gegenübersieht, wie, „Was ist eine
„Induktion“?“, „Was ist das Gegenteil davon?“ und „Warum
wird dieses Beweisverfahren so und nicht anders bezeichnet?“.
Er wird zudem genötigt, herauszufinden, was das „Vollständige“ an der vollständigen Induktion sei. „Gibt es auch“, so muß
er weiter grübeln, „eine unvollständige Induktion?“ und „Wie
läßt sich der Mangel der Unvollständigkeit beheben?“ Daß die
Induktion durch Hinzunahme deren Gegenteils vollständig
wird, ist das geradezu Kafkaeske dieser Bezeichnung.
Aus diesem unheimlichen, bedrohlichen Dunkel muß der
Autor den Leser ins Licht der Erkenntnis führen. Er muß die
Gedanken und Fragen des Lesers vorausahnen, um so für den
Leser klar, einfach und doch genau mithin stilvoll zu schreiben,
denn „Stilfehler sind Denkfehler.“
Grundlagen
Hoever, Georg
Höhere Mathematik kompakt
Springer, Heidelberg
1. Auflage 2013,
Buch: 245 Seiten, € 19,95, ISBN: 978-3-642-30333-3
eBook: PDF, € 14,95, ISBN: 978-3-642-30334-0
Wer wie Georg Hoever ein Themengebiet “kompakt” darstellen will, noch dazu die “höhere Mathematik”, muß sich fragen
lassen, wie das zu bewerkstelligen wäre. Das Inhaltsverzeichnis
des vorliegenden Bandes macht dazu keine Angabe. Das Buch
besteht aus insgesamt elf Kapiteln, es beginnt mit „Funktionen“
einer Variablen, gefolgt von je einem Abschnitt über komplexe
Zahlen und „Folgen und Reihen“. Über „Grenzwerte von Funktionen und Stetigkeit“ gelangt der Autor zur Differential- und
Integralrechnung. Es folgen Kapitel zur Vektorrechnung und
zu Matrizen. Die letzten Kapitel 9, 10 und 11 sind Funktionen
mehrerer Variabler gewidmet. Ein kurzes Literaturverzeichnis und ein hilfreiches Sachverzeichnis bilden den Schluß des
Bandes.
Das „Kompakte“ erreicht der Autor dadurch, daß er konsequent Fakten präsentiert durchaus im Sinne seines Vorwortes, wo es heißt: „Dabei soll es [das Buch] nicht den Besuch
einer Vorlesung oder ein Lehrbuch ersetzen, sondern soll
als vorlesungsbegleitende Lektüre oder als Nachschlagewerk
dienen.“ (Wie eine „Lektüre“ „dienen“ kann, ist dabei nicht so
ganz klar.) Die Fakten werden ergänzt durch „Bemerkungen“
und „Beispiele“, sodaß in der Tat eine Art Nachschlagewerk
entstanden ist, geeignet, Vergessenes wieder ins Gedächtnis
zurückzurufen. Die Abschnitte über Funktionen mehrerer Variabler lassen allerdings das Gebäude des gewählten
Konzepts einstürzen. Sie sind nicht kompakt sondern eher
notwendigerweise(?) oberflächlich, Rotation und Divergenz
fehlen ebenso wie die Integration längs eines gegebenen Weges.
So ist der erste Satz des Vorworts „Dieses Buch umfaßt die
Standardthemen der höheren Mathematik für Ingenieure und
Naturwissenschaftler.“ schlicht falsch. Hier verkennt der Autor
nicht nur die Anforderungen des Stands der Technik, sondern
auch die ältere und neuere Literatur, über die auch an dieser
Stelle berichtet worden ist. Die Ergänzung auf der Rückseite
des Umschlags „..., wie sie beispielsweise an Fachhochschulen
und Berufakademien gelehrt werden.“ spiegelt, wie befürchtet
werden muß, schon eher die Realität wider. Ingesamt eine gut
gemachte Arbeit zum Gebrauch an weiterführenden Schulen
neben dem Unterricht, für ein Studium zu wenig.
Hoffmann, Dirk W.
Grenzen der Mathematik
Springer, Heidelberg
2. überarbeitete und erweiterte Auflage 2013,
Buch: 437 Seiten, € 29,99, ISBN: 978-3-642-34719-1
eBook: PDF, , € 22,99, ISBN: 978-3-642-34720-7
Ein Buch, das mit “Grenzen” betitelt ist, darf sich einer anfänglichen Aufmerksamkeit sicher sein, steckt im Titel doch
schon der Reiz, eben diese Grenzen zu überwinden. Dirk W.
Hoffmann zeigt die „Grenzen der Mathematik“ nicht nur in
den sieben Kapiteln seines Buches auf, er versteht es zudem,
auch den interessierten Laien mit einer sorgfältigen, geradezu
liebevollen Darstellung zu packen und auf „(s)eine Reise durch
die Kerngebiete der mathematischen Logik“ mitzunehmen.
Vom Bahnsteig der „historischen Notizen“ abfahrend erreichen
wir als erste Station „Formale Systeme“ mit Abschnitten zur
Aussagen- und Prädikatenlogik und brechen von dort auf zu
den „Fundamente(n) der Mathematik“, um nach Ausführungen
zur Peano-Arithmentik und zur axiomatischen Mengenlehre
zu den Ufern der „Beweistheorie“ und hier zu den Gödelschen
Unvollständigkeitssätzen zu gelangen. Weiter geht es zu den
Stränden der „Berechenbarkeitstheorie“, von wo aus die Welten
der „Informationstheorie“ und „Modelltheorie“ nicht mehr fern
sind. Unser Reiseleiter, um im Bild zu bleiben, erweist sich während der ganzen Reise als profunder Kenner der Materie und
versteht es mit einer Vielzahl von sehr anschaulichren Bildern,
die Inhalte zu verdeutlichen. Mit seinen historischen Reminiszenzen entwirft er gleichzeitig ein Bild von der Entwicklung, die
zum aktuellen Kenntnisstand geführt hat. Die Textgestaltung ist
auch im obigen Sinn untadelig, und so wird die Lektüre auch
für den mitreisenden Laien zu einem lehrreichen Vergnügen.
Fachhochschule Lübeck
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Signale und Systeme
Lunze, Jan
Ereignisdiskrete Systeme
2. überarbeitete Auflage 2012
Buch: 640 Seiten, 369 Abbildungen, € 49,80,
ISBN: 978-3-486-71885-0
eBook: ISBN: 978-3-468-72102-7
Die Entwicklung der Technik schreitet immer weiter voran,
banal zu sagen, und auch die Inhalte technischer Studiengänge
müssen sich diesem Fortschreiten anpassen und weiterentwickeln. Nicht nur deshalb ist das jetzt in zweiter Auflage verfügbare, grundlegende, deutschsprachige Lehrbuch über ereignisdiskrete Systeme uneingeschränkt zu begrüßen. Es enthält „alle
grundlegenden Phänomene und Eigenschaften der ereignisdiskreten Dynamik unabhängig vom Anwendungsgebiet“, wie
dem Vorwort zu entnehmen ist und der Leser staunt, wenn er
erfährt, daß die „Lehrveranstaltung“, aus der das Buch entstand, an der Ruhr-Universität Bochum im dritten(!) Semester
angesiedelt ist. Der Autor gibt zunächst eine Übersicht über die
weitgefächerten Anwendungen der Theorie und erläutert dann
in gebotener Kürze grundlegende systemtheoretische Begriffe
und Methoden. Es folgt als erster Teil eine breit angelegte
Einführung in die Automatentheorie sowohl aus Sicht der
Informatik wie auch aus ingenieurtechnischem Blickwinkel.
Der zweite Teil enthält Erweiterungen auf nichtdeterministische Zustandsübergänge und zeitbewertete Automaten. Jedes
Kapitel schließt mit ausführlichen Literaturangaben. Die in den
Text durchgängig eingestreuten Beispiele und Übungsaufgaben, deren Lösungen im Anhang ausgearbeitet sind, spiegeln
die große Vielfalt der Anwendungen wider. Ob es um die
„Beschreibung eines JK-Flipflops“ geht, die „Steuerung einer
Waschmaschine“, das „Verhalten eines Parallelrechners“ oder
um die „...Beschreibung einer Fertigungszelle“, der Leser staunt
über diese Breite, die hier aus einem sehr allgemeinen Blickwinkel präsentiert wird. Die für das Verständnis als bekannt
vorausgesetzten mathematischen Vorkenntnisse halten sich in
Grenzen, obwohl sie vermutlich über das im Vorwort erwähnte
„Niveau des gymnasialen Mathematikunterrichts“ hinausgehen. Das Buch ist nach Form und Inhalt von beispielhafter
Qualität und kann uneingeschränkt empfohlen werden.
Maschinenbau
Barth, Frank-Michael
Thermodynamik für Maschinenbauer
Oldenbourg, München
1. Auflage 2012
Buch: 211 Seiten, € 29,80, ISBN: 978-3-486-70772-4
eBook: ISBN: 978-3-468-71490-6
80
Fachhochschule Lübeck
Das hier vorzustellende Buch soll entsprechend dem Vorwort
eine „Hilfe für die Studierenden des Bachelor-Studiengangs [...]
Maschinenbau für die Einarbeitung in (die) Thermodynamik
[...]und Wärmelehre[...]“ sein. Dem folgend beginnt der Autor
nach einer Einleitung mit einem Kapitel über „Grundbegriffe“,
um dann die beiden Hauptsätze mit ihren Anwendungen
darzustellen. Den Schluß bildet ein Abschnitt zur „Wärmeübertragung und Wärmedämmung“.
Es stellt sich somit die Frage, ob der Band tatsächlich ein
„Hilfe“ ist. Als hilfreich fällt bei der Durchsicht sofort die Vielzahl der sehr sorgfältig ausgearbeiteten Übungsaufgaben auf.
Nicht nur, daß der eingeschlagene Lösungsweg beschrieben
ist, darüberhinaus werden auch die physikalischen Einheiten
zusammen mit den Zahlenwerten konsequent notiert, was
dem eigenständigen Nachvollziehen der Lösung fraglos dient.
Die gleiche Sorgfalt verwendet der Autor auf die Bilder und
Graphiken. Besonders hervorzuheben ist hier die Beschriftung
innerhalb der Zeichnungen, wohingegen die Bildunterschriften
etwas ausführlicher hätten ausfallen können. Im Unklaren wird
der Leser gelassen, was die Frage nach dem mathematischen
Handwerkszeug angeht, das für das Verständnis als bekannt
vorausgesetzt wird. Im Kapitel 3 etwa, eigenartigerweise mit
„Schreibweisen [...]“ überschrieben, heißt es: „Für das totale
oder vollständige Differenzial gilt bekanntlich [...]“(!). Dem
angesprochenen Leserkreis dürften aber Kenntnisse auf dem
Gebiet der Funktionen mehrerer Variabler durchaus nicht
bekannt sein. Andererseits spürt zumindest der sachkundige
Leser zwischen den Zeilen, daß der Autor gern die Zügel hätte
schießen lassen und an sich halten muß, damit die theoretischen Pferde nicht mit ihm durchgehen. Diese Problematik
wird auch im Abschnitt 7.2 deutlich, wo das Integral längs
eines geschlossenen Weges benutzt wird (Gleichung 7.7) und
führt fast folgerichtig im neunten Kapitel zu einer unsanften
Landung im mathematischen Graben. Denn wenn es wie
in Kapitel neun um Wärmeübertragung und Wärmeleitung
geht, müssen Grundkenntnisse der Vektoranalysis in der Tat
bekannt sein. So wäre es sicherlich einfacher, lediglich von
einem Ortsvektor r zu sprechen als (kartesische) Raumkoordinaten x, y, z zu erwähnen (Seite 182) und vollends zu Fall
kommt der Autor auf dem Glatteis der gewählten einfachen
Darstellung, wenn er betr. den Erfahrungssatz von Fourier
(Seite 183) schreibt: „...grad(T) = (dT/dx), der im Gegensatz
zur skalaren Temperatur selbstverständlich ein Vektor ist. ...“
Natürlich weiß der Autor, das (dT/dx) kein Vektor ist, und
daß es richtig heißen muß grad(T) = (dT/dx, 0, 0), aber eine
präzise Darstellung ist dem ins Auge gefaßten Leserkreis wohl
nicht zuzumuten. Wenn aber, wie in Kapitel 3 erwähnt, die
hier benötigten mathematischen Vorkenntnisse als vorhanden
vorausgesetzt werden, warum wird auf diese Kenntnisse nicht
zurückgegriffen?. Hier besteht ein Widerspruch, der bei einer
Neuauflage ebenso beseitigt werden sollte wie die Druckfehler
(z. B. Vorwort, zweiter Absatz oder Seite 185, Beispiel 9.1) und
die sich bereits in der Einleitung abzeichnenden Ungeschicklichkeiten der Ausdrucksweise. Eine Hilfe im obigen Sinn
ist der Band allemal, auch wenn zur „Einarbeitung“ weitere
Literatur hinzugezogen werden sollte.
Elektronik
Tenten, Wilfried
Analoge Schaltungstechniken der Elektronik
1. Auflage 2012
Buch: 469 Seiten, € 39,80, ISBN: 978-3-486-70682-6
eBook: k. A.
Wer über analoge Schaltungstechnik heute schreibt, steht
unausweichlich in Konkurrenz zu Standardwerken wie denen
von Tietze, Schenk oder Gray, Meier, um nur zwei von vielen
zu nennen. Der von Wilfried Tenten vorgelegte Band kann
kurz gesagt dem Vergleich nicht standhalten. Nicht nur, daß
hier alter Wein in einen neuen Schlauch gegossen wurde,
sondern auch die Darstellung der Inhalte läßt Übersicht und
Sorgfalt vermissen, und Rez. gesteht freimütig, daß er sich
mit zunehmendem Befremden durch den Text gequält hat.
Da werden nicht nur ohne erkennbaren Grund ANSI-Schaltzeichen verwendet, Simulationsplots (z. B. Abb. 1.8.12) ohne
eingehende Erklärung im Text wiedergegeben, mehr noch: die
gesamte Darstellung ist über weite Strecken konfus und selbst
für den lernwilligsten Leser nicht nachvollziehbar. Damit einher geht eine erstaunlich oberflächliche Behandlung der Abbildungen. So ist etwa in Abb. 1.3.8 als Zahlenwert eine 1 mit
17(!) Nullen angegeben und, um stellvertretend ein weiteres
Beispiel zu nennen, die Abb. 3.1.5, die gemäß Bildunterschrift
ein „Simulationsergebnis“ darstellen soll, ist sicherlich nicht
nur Rez. völlig unklar. Hinzukommt eine unerklärliche Schwäche der Ausdrucksweise und das nicht nur an einzelnen Stellen
des Textes sondern durchgängig. Das Buch ist nach Form und
Inhalt nicht nur didaktisch wertlos.
Technik und Wirtschaft
Kohlert, Helmut
Marketing für Ingenieure
3. Auflage 2012
Buch: 414 Seiten, € 39,80, ISBN: 978-3-486-70790-8
eBook: ISBN: 978-3-486-59513-0
„Techniker und Kaufleute leben in getrennten Welten.” heißt
es im Vorwort des jetzt in dritter Auflage vorliegenden Buches
von Helmut Kohlert, das „Technikern und Wissenschaftlern
[hilft,] die Realität der Geschäftswelt besser zu verstehen.“ Und
so bereitet der Autor in acht umfangreichen Abschnitten den
Boden, auf dem dieses Verständnis wachsen kann. Er beginnt
unter dem Titel „Marketing – Motor für Wachstum“ mit der
Darstellung von Grundbegriffen, um dann über „Marktforschung und Business Intelligence“ und „angewandte Methoden
im Marketing“ zu den Kernthemen „Produktpositionierung im
Wettbewerb“, „Aufbau von Marketing-Strategien“ und „Marketing von Innovationen“ zu gelangen. Die letzten beiden Kapitel
betreffen die „Umsetzung von Marketing-Strategien“ und den
„Einsatz der Marketing-Instrumente“. Ein umfangreiches
„Glossar über wichtige Fachbegriffe im Marketing“ hilft bei der
Lektüre ebenso wie ein ausführliches Stichwortverzeichnis. Ein
ausführliches Literaturverzeichnis rundet den Band ab. Der
Autor bemüht sich erfolgreich, die Welt des Kaufmanns und
speziell die des Marketings, dessen Denkweisen und Handlungsgrundlagen dem Techniker zu verdeutlichen. Er bedient
sich dazu einer Vielzahl von sehr anschaulichen Bildern und
Graphiken im Stil der Metaplandarstellung, wie sie der eine
oder andere Leser bereits aus Industrieseminaren kennen wird.
Positiv auch, daß er die benutzten Fachausdrücke teils anhand
von Beispielen erläutert und so den Wörtern einen Begriff und
damit einen nachvollziehbaren Inhalt gibt (z. B. Seite 198 oder
292). Insgesamt ein Band, der geeignet ist, die Sichtweisen der
„Geschäftswelt“ dem Techniker nahezubringen und so manche
Reibungsverluste in der Kommunikation der beiden Welten zu
beseitigen. Die Techniker sind aufgerufen, in ähnlich kompetenter Weise, ihre Welt den Kaufleuten zu präsentieren.
Management und Personalwirtschaft
Domsch, Michel E./Ladwig, Désirée H. (Hrsg.) 2013
Handbuch Mitarbeiterbefragung
3. Aufl., Springer Gabler: Wiesbaden 2013.
ISBN: 978-3-642-35294-2, Erscheinungstermin: Sommer 2013
Zufriedene Mitarbeiter gestalten bessere und intensivere
Kundenkontakte. Zufriedene Kunden wiederum sind die
wichtigsten Garanten für den wirtschaftlichen Erfolg von
Unternehmen. Wie zufrieden sind Mitarbeiter in Bezug auf die
unterschiedlichen Aspekte des Arbeitslebens, also mit Entwicklungsmöglichkeiten, Arbeitsplatzausstattung, Führungsverhalten oder Kooperation mit anderen Bereichen?
Das Handbuch zeigt anschaulich, wie Mitarbeiterbefragungen
als strategisches Instrument des Change Management zur Verbesserung von Qualität, Leistung und Zusammenarbeit eingesetzt werden. Sie erfüllen Diagnosefunktionen und beinhalten
Gestaltungselemente für Veränderungsprozesse.
Die 3. umfangreich neu konzipierte und erweiterte Auflage
enthält zahlreiche Praxisbeispiele der Gestaltung und Durchführung von Mitarbeiterbefragungen wie (Online) Fragebögen,
Kommunikationsmodelle oder Bewertungsskalen. Zudem werden aktuelle Themen wie Talentmanagement und Vermeidung
psychischer Belastungen beleuchtet.
Fachhochschule Lübeck
81
Der Inhalt
•
Grundlagen zur Mitarbeiterbefragung
•
Mitarbeiterbefragungen für eine mitarbeiterorientierte
Unternehmenskultur und Führung
•
Standardinstrument der Organisationsentwicklung und
des Change Managements
•
Umfassende und spezielle Mitarbeiterbefragungen
•
Praxisbeispiele
•
Die Zielgruppen
•
Mitarbeiter in Personal- und Organisationsabteilungen
•
Führungskräfte
Ladwig, Désirée H./ Linde, Claudia/Fründt, Friederike J.
Innovative Laufbahn-/Karrierekonzepte für ein erfolgreiches
Retention Management
Michel E. Domsch/Désirée H. Ladwig (Hrsg.),
In: Handbuch Mitarbeiterbefragung, 3. Aufl., Springer Gabler:
Wiesbaden, S. 311-329.
ISBN: 978-3-642-35294-2, Erscheinungstermin: Sommer 2013
82
Fachhochschule Lübeck
Der Einsatz von Mitarbeiterspezialbefragungen hat eine wichtige Bedeutung im Kontext von innovativen Laufbahn‐ und
Karrierekonzepten. Sie können Wissensstand, Einstellungen,
auftretende Schwierigkeiten und Wünsche unterschiedlicher
Interessengruppen erfassen und Karrierekonzepte erfolgreich
unterstützen. Auf diese Weise kann ein auf individuelle Präferenzen und Lebensphasen zugeschnittener Karriereplan für
Mitarbeiter erreicht und damit die Bindung von Wissensarbeitern realisiert werden.
Vor dem Hintergrund des Fachkräftemangels und den Bestrebungen von Unternehmen um Employer Branding kann der
Einsatz von Mitarbeiterspezialbefragungen bei der Schaffung
und Weiterentwicklung zukunftsfähiger Karrierekonzepte von
entscheidender Bedeutung sein.
Der Beitrag liefert praxistaugliche Informationen über die
Konzeption und die erfolgreiche Ausgestaltung von innovativen Laufbahn-/Karrierekonzepten. Weiterhin enthält der Beitrag einen Muster-Fragebogen, der – unternehmensindividuell
angepasst – für eine Mitarbeiterspezialbefragung zur (Weiter-)
Entwicklung bestehender Laufbahn-/Karrierekonzepte genutzt
werden kann.
Fachhochschule Lübeck
83
BioMedTec
Wissenschaftscampus
Der Wissenschaftscampus
im Norden
www.biomedtec-wissenschaftscampus.de
FACH
HOCHSCHULE
LÜBECK
University of Applied Sciences
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Seele and Geist
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