Angewandte Ingenieurwissenschaften

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Die Forschungsaktivitäten in den Ingenieurwissenschaften werden, basierend auf den speziellen Profilen der Professorinnen und Professoren an der Wilhelm Büchner Hochschule, zunehmend ausgebaut und miteinander vernetzt. Das gemeinsame Schwerpunktthema Angewandte Ingenieurwissenschaften der Fachbereiche Ingenieurwissenschaften und Energie-, Umwelt- und Verfahrenstechnik behandelt insbesondere Fragestellungen im Kontext der Mechatronik/Robotik (speziell Sensorik/Aktorik) sowie Verfahrenstechnik und Anlagen. 

Der Forschungsschwerpunkt Angewandte Ingenieurwissenschaften besteht aus vier Forschungsfeldern. Die Forschungsfelder und die verantwortlichen Professor:innen sind nachfolgend aufgeführt.

Verbesserte Gefriertrocknungsmodelle

Das Ziel dieses Forschungsfeldes ist, eine höhere Trocknungsleistung ohne Aufschmelzen des Produkts (konzentriertes Extrakt) zu erreichen. Dabei liegt das Produkt in der Regel als Schüttung mit breiten Partikelgrößenverteilungen vor. Die beiden Abbildungen zeigen die Folgen, wenn die zugeführte thermische Energie nicht vollständig durch das Sublimieren von Eis abgeführt werden kann. Die Abbildung rechts zeigt das zentrale Aufschmelzen größerer Scheiben während der Gefriertrocknung. Links: Kleinere Scheiben werden durch den Leidenfrost-Effekt geschützt.

Größere Bereiche ohne Poren führen zu lokalen Druckanstiegen, die das noch nicht getrocknete Produkt (eine übersättigte gefrorene Lösung) aufschmelzen lassen (siehe Abb. 2).

Die Wilhelm Büchner Hochschule arbeitet auf dem Gebiet der Gefriertrocknung mit dem Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik der Technischen Universität München und dem Institut für Verfahrenstechnik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg zusammen.

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Harald Schuchmann

Verfahrenstechnik

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Sensorik und Aktorik elektromechanischer Systeme

Im Prozess der technischen Informationsverarbeitung nehmen elektromechanische Systeme, bestehend aus miteinander verkoppelten elektrischen und mechanischen, akustischen und fluidischen Funktionselementen, eine Vorrangstellung ein. Durch sie erfolgt sowohl die Gestaltung der Schnittstelle zwischen dem Menschen und der Informationsverarbeitungseinrichtung als auch die Gestaltung der Schnittstellen mit dem materiellen Prozess bei der messtechnischen Erfassung und aktorischen Beeinflussung der Prozessgrößen.

Die Tätigkeiten in diesem Forschungsfeld liegen in der systemtheoretischen Erarbeitung und auch Vermittlung einer physikalisch anschaulichen Entwurfsmethode für komplexe elektromechanische Systeme, wobei ein Brückenschlag zwischen der Elektrotechnik, der Mechatronik und dem Maschinenbau gebildet wird. Die Entwurfsmethode beruht auf der Netzwerktheorie, mit deren Hilfe das elektromechanische Gesamtsystem in Form einer gemeinsamen schaltungstechnischen Darstellung der unterschiedlichen Teilsysteme einschließlich deren Wechselwirkungen beschrieben wird. Den konzentrierten bzw. verteilten Bauelementen des Netzwerks werden anschaulich physikalische Funktionen zugeordnet.

Die Ergebnisse der laufenden Forschungsaktivitäten wurden bisher in drei im Springer Verlag veröffentlichten Fachbüchern und in zahlreichen Fachpublikationen zusammengefasst. Ein weiteres Fachbuch befindet sich derzeit in Planung. Die Forschungsergebnisse finden zudem auch Einzug in das Modul „Elektromechanische Systeme“ des Master-Studiengangs „Elektrotechnik“.

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Ballas

Elektrotechnik, Regelungstechnik

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Energy Harvesting

Autark versorgte Sensor- und Aktorsysteme werden in Zukunft in der Industrie 4.0 eine herausragende Rolle spielen. Zudem werden für industrielle Anwendungen immer kleinere, schnellere und energieeffizientere Sensoren bzw. Sensorsysteme zur Erfassung von Daten benötigt. Energy Harvesting kann hierzu einen Beitrag leisten. Unter Energy Harvesting versteht man die Umwandlung nicht direkt nutzbarer Energie in eine verwendbare Energieform, zumeist elektrische Energie.

Es existiert eine Vielzahl an Anwendungen für autark und drahtlos arbeitende Sensorsysteme:

  • Energietechnik (z. B. Temperaturmessung an Sammelschienen)
  • Prozesstechnik (z. B. selbstversorgende Temperatur-, Füllstands- und Endinitiatoren/-sensoren)
  • Bauindustrie (z. B. Korrosionsüberwachung an Brücken)
  • Automatisierungstechnik (z. B. Sensoren in rotierenden Maschinen)
  • Medizintechnik (z. B. In-Situ-Dosierung von Medikamenten)
  • Automobilindustrie (z. B. Druckmesssysteme in Felgen)

Ziel des Forschungsfeldes ist, den aktuellen Stand ausgewählter Technologien zur autarken Energiegewinnung bzw. zur drahtlosen Energiezuführung für Sensor- und Aktorsysteme zu bestimmen und zu bewerten. Es gilt, die effizientesten, nachhaltigsten und damit zukunftsträchtigsten Technologien zur Wandlung von Umgebungsenergie in einfach zu speichernde elektrische Energie durch Energy Harvesting im Detail zu untersuchen.

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Dierk Schoen

Elektrotechnik, Messtechnik, Elektrische Schaltungstechnik

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Nachhaltige Ernährung und Digitalisierung im Fokus der Lebensmittelbranche

Das hochschulinterne Forschungsvorhaben zu nachhaltiger Ernährung dient der Anschubfinanzierung eines potentiellen kooperativen Promotionsvorhabens sowie der Anbahnung von Netzwerkaktivitäten. Dem Vorhaben liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass die Digitalisierung ein „Enabler“ der Lebensmittelbranche ist. Damit erfordern zukünftig Fortschritte im Kontext nachhaltiger Ernährung die besondere Berücksichtigung dieses Aspekts. Durch Digitalisierung lässt sich nicht nur die Transparenz der Wertschöpfungsketten steigern, sie ist auch die Basis für die Vernetzung und Zusammenarbeit aller Beteiligten.

Nachhaltigkeit gilt als einer der fundamentalen Veränderungsprozesse unserer Zeit. Nahezu alle relevanten gesellschaftlichen Bereiche sind davon betroffen – und damit auch unser Ernährungsverhalten. Entsprechend komplex werden künftige Lösungen sein. Und sicher scheint auch zu sein, dass das Thema Nachhaltigkeit zum prägenden Faktor für die künftige „gesunde Ernährung“ wird.

In Zusammenarbeit mit der Dr. Rainer Wild-Stiftung sollen innovative Ansätze zur Förderung gesundheitsförderlicher und nachhaltiger Ernährung entlang der gesamten Wertschöpfungskette entwickelt werden. Derzeit wird ein integriertes kooperatives Promotionsvorhaben mit Netzwerkpartnern vorbereitet. Hierbei (Abb. 5) stehen die vielfältigen Einflüsse auf das Verbrauchervertrauen in Lebensmittel im Fokus.

Auch die Möglichkeit des nachgelagerten Transfers der Ergebnisse in existierende und neue Lehrmodule zum Themenfeld „Nachhaltige Ernährung“ ist naheliegend. Sie können ihren Niederschlag in Vertiefungen innerhalb bestehender Studiengänge und in einem Zertifikat finden.

Ansprechpartnerin

Prof. Dr. Birgit Zimmermann

Life Sciences

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sgd, Deutschlands Führende Fernschule

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