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FORSCHUNGSBERICHT 2012/2013 Gesundheit Sicherheit Energie Umwelt Kommunikation

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Sie erforschen die Welt. Wir kennen ihre Gesetze. Die Früchte Ihrer Forschung verdienen interna onale Beachtung. Der Schutz Ihres geis gen Eigentums ebenso. Immer ö er machen die Erlangung und Durchsetzung von gewerblichen Schutzrechten ein interna onales Vorgehen notwendig. Das stellt hohe Anforderungen an die Koordina on von rechtlichen Verfahren in unterschiedlichen Ländern. Mit unseren Büros in Freiburg und München sind wir Ihr Ansprechpartner vor Ort in allen Anliegen rund um den Schutz geis gen Eigentums. Durch unsere gemeinsame Arbeit im Zusammenschluss mit der Kanzlei R.G.C. Jenkins & Co. mit Büros in Großbritannien und China bieten Ihnen unsere Experten interna onale Kompetenz aus einer Hand. In allen Technologien - und mit mehr als 75 Jahren Erfahrung. Maucher Börjes Jenkins, Ihre Kanzlei für Technologie und geis ges Eigentum. www.markenpatent.de PAT E N T U N D R E C H T S A N WÄ LT E

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Vorwort Die Hochschule Furtwangen (HFU) mit ihren drei Standorten Furtwangen, Villingen-Schwenningen und Tuttlingen ist eine der größeren Fachhochschulen des Landes Baden-Württemberg. Die Lehre mit innovativen Studienangeboten, die Weiterbildung und die Forschung sind wichtige Profilelemente der Hochschule Furtwangen und eng miteinander verflochten. So wurde am jüngsten Standort der Hochschule in Tuttlingen an der Fakultät Industrial Technologies im Oktober 2012 ein außerordentlich gut ausgestattetes neues Werkstofftechniklabor eröffnet, das die Attraktivität des Hochschulcampus Tuttlingen für Studierende und für Unternehmen vor allem in der anwendungsorientierten Forschung erhöht. Anwendungsorientierung heißt dabei, die Umsetzbarkeit der Ergebnisse in Produkte, Verfahren oder Dienstleistungen im Auge zu behalten und Forschungsfragen aus der Sicht der Industrie heraus zu bearbeiten. In der Lehre stellen wir uns auf veränderte berufliche Anforderungen durch Aktualisierung unserer Studiengänge, aber auch durch neue Studienprofile, die zu neuen Berufsprofilen führen, ein. Zur Anwendungsorientierung gehört für uns die enge Partnerschaft mit Unternehmen insbesondere der Region. Viele Themen der Forschung entstehen dabei zunächst in studentischen Projekten oder kleineren Forschungsund Entwicklungsaufgaben. Im Idealfall resultieren daraus größere FuE-Projekte im Verbund mit Firmen sowie universitären und außeruniversitären Forschungseinrichtungen, die mit öffentlicher Förderung und mehr Wirkung fortgesetzt werden können. Herausragende Forschungsgebiete unseres Instituts für Angewandte Forschung sind seit vielen Jahren die Schleiftechnologie & Feinstbearbeitung, die Mikrosystemtechnik und die Innovations- und Genderforschung. Die Forschungsschwerpunkte Medizintechnik und „Webbasierte Infrastrukturen und Anwendungen“ haben sich in den letzten Jahren sehr gut entwickelt und fest etabliert. Insbesondere mit den großen gesellschaftlichen Fragestellungen des demographischen Wandels, der Energie und Umwelt sowie der Nachhaltigkeit in allen Facetten beschäftigt sich der neue Schwerpunkt Gesellschaft, Gesundheit und Nachhaltigkeit. Die Hochschule Furtwangen ist eine der forschungsstärksten Fachhochschulen des Landes Baden-Württemberg. Dies kann nur dank eines herausragenden Engagements von Kolleginnen und Kollegen gelingen, die zusätzlich zu ihren Lehraufgaben den schwierigen Weg der leistungsorientierten Drittmittelforschung gehen. Wir werden diesen erfolgreichen Weg nicht nur weiter beschreiten, sondern die Rolle der Forschung weiter stärken. Dazu wurden und werden mehrere so genannter W3-Stellen mit klarem Forschungsbezug besetzt und so eine Schwerpunktbildung in der Forschung gefördert, von der wir wichtige Impulse für die Forschung erwarten. Ein starkes Forschungsprofil bietet auch unseren Studierenden und Absolventen neue, interessante Perspektiven: Neben dem Erwerb praktischer Forschungskompetenz durch Mitarbeit in Forschungsprojekten eröffnet sich immer häufiger unseren Masterabsolventen auch der Weg zu Promotionen. Mit dem im Sommer 2012 neu gegründeten Kooperativen Promotionskolleg der HFU schafft die Hochschule eine Struktur zur Sicherstellung und Weiterentwicklung der Qualität von Promotionsarbeiten, die in Kooperation mit in- und ausländischen Partnern durchgeführt werden und bei denen die konkrete Forschungsarbeit an der HFU geleistet wird. Das kooperative Promotionskolleg soll mit Qualifizierungs- und Weiterbildungsmaßnahmen die Forschungs- und Arbeitsbedingungen der Promovierenden verbessern. Wie in den vergangenen Jahren gibt der vorliegende Forschungsbericht 2012/2013 wieder nur einen exemplarischen Überblick über die laufenden Forschungsprojekte. Sie, liebe Leserin und lieber Leser, sind herzlich eingeladen, unsere Kompetenzen noch besser kennen zu lernen und zu nutzen. Wenn Sie Interesse haben an dem einen oder anderen Gebiet – kommen Sie auf uns zu! PROF. DR. ROLF SCHOFER REKTOR Prof. Dr. Rolf Schofer, Rektor 3

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inhalt inhaltsverzeichnis VoRWoRt 8 Angewandte Forschung an der hochschule Furtwangen zu Zukunftsthemen Prof. Dr. Ulrich Mescheder GesunDheit 14 technische unterstützung für Blinde zur sicheren Bewegung in unbekanntem umfeld Prof. Dr. Knut Möller, M.Sc. Miguel Reyes Adame, M.Sc. Jing Yu, Prof. Dr. Ulrich Mescheder, Dr. Rolf Huster, M.Sc. Rui Zhu Miniaturisiertes impulslärm-Dosimeter zur untersuchung und Vermeidung von Gehörschädigungen M.Sc. Laszlo Becsi, Dr. Wolfgang Kronast, Prof. Dr. Ulrich Mescheder, M.Sc. Thomas Bier, Prof. Dr. Dirk Benyoucef Femo Quick set – halbautomatisches schnellpunktionsset für großlumige Gefäße Prof. Dr. Gerd Haimerl, Dipl.-Ing. Timo Störk, Dipl.-Ing. Andreas Dietz, Dipl.-Betriebswirtin Stefanie Lützow, Dipl.-Ing. Christoph Benk, Prof. Dr. Dr. h.c. Friedhelm Beyersdorf, M.Sc. Sven Maier, Uwe Heiter, Wolfgang Sertel erfassen der regionalen Ventilation bei Patienten mit zystischer Fibrose mittels elektrischer impedanz-tomographie M.Sc. Zhanqi Zhao, M.Sc. Sabine Krüger-Ziolek, Prof. Dr. Knut Möller hierarchische Modelle in der medizinischen entscheidungsunterstützung M.Sc. Jörn Kretschmer, M.Sc. Christoph Schranz, M.Sc. Axel Riedlinger, Prof. Dr. Knut Möller Aufbau eines aktiven mechanischen Lungensimulators B.Sc. Christian Knöbel, M.Sc. Thu Nguyen, Prof. Dr. Knut Möller Robuste schätzung von Aufenthaltsdauer und Kosten für Patienten auf intensivstationen Prof. Dr. Matthias Kohl, M.Sc. Daria Pupashenko Lifelogging – einsatz digitaler selbst-Monitoring-technologien als interdisziplinäres Forschungsfeld Prof. Dr. Stefan Selke Von Menschen und Mikroben: Angewandte Mikrobiologie zur Gesunderhaltung des Menschen Irene Köhnen, Stefanie Kupferer, Victoria Rack, Jessica Röder, Dr. Frithjof Blessing, Prof. Dr. Markus Egert siCheRheit 54 Risikomanagement für sensible Logistikknoten Dipl.-Kffr. Claudia Breuer, M.Sc. Robert Dotzlaff, Prof. Dr. Guido Siestrup Cloud Computing – security Audit as a service M.Sc. Frank Dölitzscher, Prof. Dr. Christoph Reich self-Protection in netzen mit dynamischen teilnehmern M.Sc. Fabian Berner, Prof. Dr. Mohsen Rezagholi, Prof. Dr. Steffen Thiel, Prof. Dr. Friedbert Kaspar Vertrauensverhältnisse auf Basis der integritätsprüfung von software M.Sc. Denis Jurkovic, Prof. Dr. Mohsen Rezagholi, Prof. Dr. Steffen Thiel, Prof. Dr. Friedbert Kaspar

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eneRGie 72 LeD-netzwerk schwarzwald - einführung von LeDs in der kommunalen straßen- und innenbeleuchtung Prof. Dr. Paola Belloni, B.Sc. Nina Heinig Kunststoff-Bearbeitungsautomat für die energiesparende und saubere teilefertigung Prof. Dr.-Ing. Franz Aßbeck, Dipl.-Ing. Simon Grigull, Hans-Jürgen Scherzinger optimierungsmöglichkeiten des stromverbrauchs im haushalt Prof. Wilhelm Walter Der Lageenergiespeicher als Baustein der energiewende Prof. Dr. Eduard Heindl uMWeLt 94 Außenrund-trockenschleifen mit strukturierten schleifscheiben Prof. Dr. Taghi Tawakoli, Dr. Dal Ho Lee energy harvesting: silizium-Chip zum ernten von energie aus Vibration Prof. Dr. Ulrich Mescheder, Dipl.-Phys. Bernhard Müller, M.Sc. Antwi Nimo, M.Sc. Awad Abouelkheir Kamerabasierte Geschwindigkeitsmessung für texturierte oberflächen Prof. Dr. Reiner Schmid, B.Sc.Tamas Bajcsi KoMMuniKAtion 106 LeD als Fotodetektor in PoF-basierten Kommunikationssystemen Dr. Volker Lange, B.Sc. Stephan Storm, Prof. Dr. Robert Hönl, Prof. Dr. Dietrich Kühlke Masterplanung eines glasfaserbasierten Landkreisnetzes Prof. Dr. Jürgen Anders, M.Sc. Rolf Strittmatter Barrierefreies Web-Design am Beispiel einer Zeiterfassungssoftware Prof. Wilhelm Walter intercorporeal splits – ein Zyklus von skypeperformances zur Medialität von stimme, haut und Rhythmus Prof. Daniel Fetzner 128 130 134 studienangebote der hFu Autorenverzeichnis Publikationen der hFu 2011

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Impressum Impressum Herausgeber Rektor der Hochschule Furtwangen Prof. Dr. Rolf Schofer Redaktion Prof. Dr. Ulrich Mescheder (verantwortlich) Caroline Armbruster Dr.-Ing. Manuela Philipp Verantwortlich für den Inhalt Autoren der jeweiligen Beiträge Gestaltung vmm wirtschaftsverlag gmbh & co. kg Titelseite: die keimzelle > Design- und Kommunikationskonzepte, Darmstadt www.die-keimzelle.de Inhalts- und Autorenverzeichnis: Diana Rieder, Grafik Design, Herbolzheim www.diana-rieder.de Produktion vmm wirtschaftsverlag gmbh & co. kg Kleine Grottenau 1 D-86150 Augsburg www.vmm-wirtschaftsverlag.de Fotos Autoren der Fachbeiträge Gestaltete Portraits: Fotografie Bernd Müller, Augsburg Titelmotiv: Sensorchip aus nanostrukturiertem, porösem Silizium zur Analyse von flüssigen und gasförmigen Substanzen mittels Spektralverschiebung (Fotografie Bernd Müller) Nachdruck auch nur in Teilen nur nach vorheriger Abstimmung mit der Hochschule Furtwangen.

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Inhalt Das ist unser Thema. In jeder Hinsicht. Denn als führender Hersteller von ARBURG GmbH + Co KG ·

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Vorwort des Prorektors Angewandte Forschung an der Hochschule Furtwangen zu Zukunftsthemen Unsere Gesellschaft steht vor vielfältigen Aufgaben: Energiewende bei gleichzeitiger CO2-Reduktion; demographischer Wandel bei gleichzeitig immer höherer Lebenserwartung; internationaler Wettbewerb um die besten Ideen und Lösungen bei zunehmendem Fachkräftemangel in Deutschland. Lösungen dazu werden gerade durch angewandte Forschung erarbeitet. Man spricht in diesem Zusammenhang heute auch von einem integrativen oder transdisziplinären Forschungsansatz. Ein aktuelles Beispiel für einen solchen integrativen Forschungsansatz ist das Ende 2012 in einem hochwettbewerblichen Verfahren des Landes ausgewählte und an der HFU eröffnete Zentrum für Angewandte Forschung Ambient Assited Living (ZAFH-AAL). In diesem ZAFH-AAL geht es um neue Ansätze für assistive Technologien für ältere Menschen mit dem Ziel eines längeren und selbstbestimmten Lebens in ihrem vertrauten Umfeld. Wir haben diesen Forschungsbericht daher nicht mehr nach Fachdisziplinen geordnet, sondern gezielt Beiträge zu den „Megathemen“ Gesundheit, Sicherheit, Energie, Umwelt und Kommunikation ausgewählt. Integrative Forschung zu den gesellschaftlichen Schlüsselfragen bedeutet dabei allerdings nicht die Auflösung der Disziplinen sondern, im Gegenteil, häufig fachlich sehr fundierte und tief gehende Forschung innerhalb der Disziplinen wie z.B. der Medizintechnik, Sicherheitstechnik oder Informatik. Mit diesem Forschungsbericht wollen wir exemplarisch Projekte und Ansätze zur Lösung von Fragestellungen in den oben genannten „Megathemen“ vorstellen. Forschung ist ein wesentliches, konstituierendes Profilelement einer Hochschule. Für die HFU als Hochschule für Angewandte Wissenschaften sind Forschungsergebnisse und wissenschaftliche Erkenntnisse aus angewandter Forschung aber auch die Basis für Inventionen, die im Idealfall durch Kooperation mit Unternehmen für innovative Verfahren und Produkte genutzt werden. Insbesondere mit klein- und mittelständischen Unternehmen (KMU) der Region ist die angewandte Forschung der Hochschule Furtwangen eng verknüpft. Darüber hinaus sind unsere Forschungsarbeiten auch national und international bestens vernetzt. Die drittmittelorientierte Forschung wird im Institut für Angewandte Forschung (IAF), der zentralen fakultätsübergreifenden Einrichtung für Forschung an der HFU, gebündelt. Das IAF versteht sich als zentraler FuE-Dienstleister der HFU. Marketing und Öffentlichkeitsarbeit, Informationen über die aktuelle Forschungsförderung sowie technische und administrative Unterstützung bei der Antragstellung gehören zu den Dienstleistungen, die allen forschenden Mitarbeitern angeboten werden. Unsere Erfahrungen im „Projektgeschäft“ geben wir auch gerne an unsere Industriepartner, insbesondere KMU, weiter. Die Einbindung neuer forschungsaktiver Professorinnen und Professoren sowie die Fokussierung bestehender Forschungsarbeiten haben im Jahr 2012 zu einer Neuausrichtung der Forschungsschwerpunkte an der HFU geführt: PROF. DR. ULRICH MESCHEDER PROREKTOR FÜR FORSCHUNG Produktionstechnik Kompetenzfelder: Hochgeschwindigkeitsschleifen, Feinstbearbeitung, Logistik, Werkstoffwissenschaften Medical Technologies Kompetenzfelder: Beatmungssysteme der Zukunft, Kardiotechnik und Simulation Smart Systems Kompetenzfelder: Mikrotechnologie, Mikrosensoren und -aktoren, Nanotechnologie, Embedded Systems, Signalverarbeitung und Testverfahren, Optische Systeme Innovationsforschung & Genderforschung Kompetenzfelder: Geschlechtsspezifische Berufswege in Zukunftstechnologien, Innovationspotenziale der Wirtschaft Webbasierte Infrastrukturen und Anwendung Kompetenzfelder: Adaptive Service Systeme, e-learning, computerbasierte Lernmodule, Intelligente Medien und Smarte Produkte Gesellschaft, Gesundheit und Nachhaltigkeit Kompetenzfelder: Sozialer Wandel, Ambient Assisted Living, Umwelttechnik In diesen Schwerpunkten laufen typisch 60 aus Drittmitteln finanzierte Projekte pro Jahr, die wettbewerblich eingeworbenen Drittmittel betragen dabei rund 2,5 Mio. Euro. Bemerkenswert ist hier, wie erfolgreich die Forscherinnen und Forscher der Hochschule im Wettbewerb mit anderen Forschungsdienstleistern Drittmittel einwerben: Für jeden Euro Grundförderung werden mehr als zehn Euro Drittmittel eingeworben

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Vorwort des Prorektors (Abbildung 1). Nimmt man nur die Grundfinanzierung des Landes als Referenz, so ist der Hebelfaktor sogar zwanzigfach! Forschungsleistung dokumentiert sich auch an der Veröffentlichungsleistung der Hochschule: Nach einer steilen Zunahme der Zahl der Veröffentlichungen in den Jahren 2005-2010 (Vervierfachung) stabilisiert sich die Zahl der Veröffentlichungen in den letzten beiden Jahren bei über 200 (2010: 262 Veröffentlichungen; 2011: 226 Veröffentlichungen), davon sind fast die Hälfte besonders hochwertig bewertete Veröffentlichungen, die eine strenge Begutachtung durch internationale Fachleute vor Veröffentlichung durchlaufen haben. Im Bereich dieser sogenannten „peer review“-Veröffentlichungen hat die Hochschule Furtwangen einen unangefochtenen Spitzenplatz unter den Fachhochschulen des Landes. Hinzu kommen noch zahlreiche Vorträge auf Konferenzen, Tagungen und Messebeteiligungen. Die Zahl wissenschaftlicher Veröffentlichungen einer Hochschule ist ein Indikator für die Inventionsstärke. Erfolgreicher Transfer setzt aber die Sicherung der exklusiven Nutzbarkeit von Forschungsergebnissen bei der industriellen Umsetzung voraus. Hierzu dienen insbesondere Patente. So entstanden aus den Projekten im letzten Jahr 5 Patente. Gemessen an Drittmitteln für Forschungsprojekte und Veröffentlichungen nimmt die HFU im Vergleich der Hochschulen für Angewandte Wissenschaften in Baden-Württemberg eine führende Position ein. Starke Forschungsleistung eröffnet unseren Studierenden und Absolventen neue Perspektiven: Studienprojekte oder Thesisarbeiten in Projekten mit klarer Forschungsausrichtung sind eine besondere „Visitenkarte“ für die weitere, auch akademische Karriere, insbesondere, wenn daraus Veröffentlichungen entstehen. Drittmittelfinanzierte Forschungsprojekte sind eine gute Möglichkeit für unsere Absolventen, als Forschungsmitarbeiter sehr konkrete FuE-Erfahrungen zu sammeln: Viele der rund 50 Mitarbeiter, die an der Hochschule Furtwangen in FuE-Projekten beschäftigt sind, sind Absolventen unserer Hochschule. Forschung eröffnet auch an einer Fachhochschule einen besonderen wissenschaftlichen Karriereweg: die Promotion. Rund 20 Hochschulangehörige Abbildung 1: Forschungsdrittmittel der Hochschule in den letzten Jahren im Vergleich zur Grundförderung. Leistungsorientiert erhält die Hochschule regelmäßig Bonusmittel für erfolgreiche Forschung.

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Vorwort des Prorektors promovieren mit ihrer Forschungsarbeit derzeit an der HFU, wobei sie dann die Arbeit an kooperierenden Universitäten einreichen. Ein besonderer Erfolg ist in diesem Zusammenhang die Förderung des kooperativen Promotionskollegs „Generierungsmechanismen von Mikrostrukturen“ durch das Land BadenWürttemberg. Das 2011 eingerichtete gemeinsame Promotionskolleg des Instituts für Mikrosystemtechnik der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und der Hochschule Furtwangen hat zum Ziel, die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses auf dem Gebiet der Mikrostrukturforschung zu fördern. Weiterhin hat die Fakultät Wirtschaftsinformatik mit der University of Plymouth, Centre for Information Security & Network Research (CISNR) die Einrichtung eines „Furtwangen Research Node“ vereinbart. Die Kooperation ermöglicht den Studierenden und Nachwuchsforschern am Standort Furtwangen unter gemeinsamer Betreuung der HFU und der University of Plymouth zu forschen und ihren PhD-Abschluss, der einer deutschen Promotion gleichgestellt ist, zu erwerben. Die zunehmende Zahl von an der HFU laufenden Promotionsarbeiten war Anlass, als zentrale Einrichtung der Hochschule im Sommer 2012 das Kooperative HFU-Promotionskolleg zu gründen. Mit dem Kooperativen Promotionskolleg fördert und qualifiziert die Hochschule Furtwangen ihre Doktorandinnen und Doktoranden, die an der HFU in Kooperationen mit in- und ausländischen Universitäten ihre Dissertationen erstellen, und verbessert die Forschungsund Arbeitsbedingungen der Promovierenden. An mehreren Beiträgen dieses Forschungsberichts sind junge, promovierende Wissenschaftler beteiligt. Zu guter Letzt: Auch am jüngsten Hochschulstandort der HFU in Tuttlingen wurden inzwischen Forschungsarbeiten aufgenommen. So ermöglicht u.a. das neu eröffnete, außerordentlich gut ausgestattete Werkstofftechniklabor Forschungskooperationen vor allem in der anwendungsorientierten Forschung. Dieser Forschungsbericht erhebt nicht den Anspruch, ein vollständiges Abbild der Forschungsaktivitäten der Hochschule Furtwangen zu sein und Details der Forschungsergebnisse in einer wissenschaftlichen Tiefe darzustellen, die für wissenschaftliche Veröffentlichungen in Fachzeitschriften üblich ist. Als besonderen Service für den Leser haben wir aber die Liste der Veröffentlichungen des Jahres 2011 in diesen Bericht aufgenommen. Damit können Sie zu besonders interessierenden Themen vertiefte Informationen bekommen. Wesentlich für uns ist, einen Eindruck zu vermitteln, mit welchen Fragestellungen wir uns bei den obengenannten „Megathemen“ beschäftigen und welche Methoden und Lösungsansätze genutzt werden. Detaillierte Kontaktinformationen in jedem Beitrag sollen Ihnen helfen, direkt die für Sie richtigen Ansprechpartner an der Hochschule zu finden, darüber hinaus möchte ich auf die nachfolgenden Kontaktadressen des IAF verweisen. Gerne nehmen wir Ihre Wünsche und FuE-Aufgaben auf – sprechen und rechnen Sie mit uns! Prof. Dr. Ulrich Mescheder

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Vorwort des Prorektors Deutschland | USA | Mexiko | China ideenreich Neue technologische Lösungen entstehen in einem kreativen Umfeld. Bei IMS Gear lassen wir Ideen freien Lauf. „ICH WILL ... ...etwas Neues schaffen!“ Entwickeln Sie mit uns zukunftsorientierte Lösungen für die Mobilität von morgen. Unsere flachen Hierarchien geben Ihnen Freiraum zum Denken und Handeln. Und was wollen Sie? Sprechen Sie mit uns darüber: +49 (0)771.8507-604 IMS Gear gehört mit weltweit über 1.800 Mitarbeitern zu den führenden Herstellern der Zahnrad- und Getriebetechnik. Mit unseren internationalen Kunden in der Automobilbranche entwickeln und produzieren wir Antriebslösungen für die Anwendungen Lenkung, Bremssysteme, Sitzverstellung, Motormanagement und Schließsysteme. Donaueschingen | Eisenbach | Trossingen | Aasen | Allmendshofen | www.imsgear.com Zahnrad- und Getriebetechnik. Weltweit.

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Kontaktinformationen www.hs-furtwangen.de Standort Furtwangen Tel. 07723 920 0 Fax 07723 920 1109 Standort Villingen-Schwenningen Tel. 07720 307 0 Fax 07720 307 3109 Standort Tuttlingen Tel. 07461 1502 0 Fax 07461 1502 6602 Institut für Angewandte Forschung – Schwerpunkte und Ansprechpartner Geschäftsführender Leiter Prof. Dr. Ulrich Mescheder Stellvertretender Leiter Prof. Dr. Taghi Tawakoli Forschungsreferentin Dr.-Ing. Manuela Philipp Marketing Caroline Armbruster PRODUKTIONSTECHNIK Dr. Roland Jacob Prof. Dr. Hadi Mozaffari Prof. Dr. Guido Siestrup Prof. Dr. Taghi Tawakoli MEDICAL TECHNOLOGIES Prof. Dr. Gerd Haimerl Prof. Dr. Knut Möller SMART SYSTEMS Prof. Dr. Dirk Benyoucef Prof. Dr. Paola Belloni Prof. Dr. Ulrich Mescheder Prof. Dr. Wolfgang Rülling 07723 920-2232 07720 307-4380 07723 920-2104 07723 920-2100 mes@hs-furtwangen.de ta@hs-furtwangen.de phm@hs-furtwangen.de arm@hs-furtwangen.de 07720 307-4258 07461 1502-6624 07723 920-2240 07720 307-4380 jac@hs-furtwangen.de mj@hs-furtwangen.de sig@hs-furtwangen.de ta@hs-furtwangen.de 07720 307-4379 07720 307-4390 hai@hs-furtwangen.de moe@hs-furtwangen.de 07723 920-2342 07723 920-2197 07723 920-2232 07723 920-2503 bed@hs-furtwangen.de bel@hs-furtwangen.de mes@hs-furtwangen.de rue@hs-furtwangen.de INNOVATIONSFORSCHUNG UND GENDERFORSCHUNG Prof. Dr. Ulrike Busolt 07720 307-4248 Prof. Dr. Eva Kirner 07720 307-4744 WEBBASIERTE INFRASTRUKTUREN UND ANWENDUNGEN Prof. Dr. Ullrich Dittler 07723 920-2527 Prof. Daniel Fetzner 07723 920-2518 Prof. Dr. Harald Gläser 07723 920-2408 Prof. Dr. Bernhard Hollunder 07723 920-2407 Dr. Thomas Jechle 07723 920-2670 Prof. Dr. Friedbert Kaspar 07723 920-2415 Prof. Dr. Christoph Reich 07723 920-2324 Prof. Dr. Ulf Schreier 07723 920-2153 GESELLSCHAFT, GESUNDHEIT UND NACHHALTIGKEIT Prof. Dr. Christophe Kunze 07723 920-2583 Prof. Dr. Thomas Oppenländer 07720 307-4223 Prof. Dr. Sabine Prys 07723 920-2226 Prof. Dr. Stefan Selke 07723 920-2873 buu@hs-furtwangen.de kire@hs-furtwangen.de dit@hs-furtwangen.de fet@hs-furtwangen.de gla@hs-furtwangen.de hob@hs-furtwangen.de jec@hs-furtwangen.de kas@hs-furtwangen.de rch@hs-furtwangen.de schu@hs-furtwangen.de kuc@hs-furtwangen.de op@hs-furtwangen.de ps@hs-furtwangen.de ses@hs-furtwangen.de

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Vorwort des Prorektors What type of mark will you make? Make the most of your career. Realize your greatest potential – and help us realize ours. Über uns: Offenheit, Kreativität und der Wille, die Dinge zu verändern – das zeichnet Mitarbeiter von Johnson & Johnson aus. Mit ihrem Engagement ist Johnson & Johnson zu einem der führenden Unternehmen im Bereich der Gesundheitsvorsorge geworden. An unseren Standorten entwickeln wir gemeinsam innovative und lebensrettende Produkte. Es sind die Menschen, die den Erfolg von Johnson & Johnson ausmachen: Gemeinsam leben wir eine Kultur der Vorsorge. Um ihr gerecht zu werden, streben wir stets danach, die Dinge zu verändern. Deshalb gelingt es den Mitarbeitern immer wieder, herausragende Produkte zu entwickeln. Die Kultur der Vorsorge ist es auch, die Mitarbeiter an Johnson & Johnson bindet: Unsere Kollegen kombinieren Kompetenzen wie Offenheit und Kreativität mit einer ausgezeichneten Expertise im Bereich Health Care. Werden auch Sie Teil dieses Erfolges bei Johnson & Johnson, Family of Companies! Wir freuen uns, wenn Sie unser Karriereportal unter besuchen und sich auf eine der ausgeschriebenen Stellen bewerben. Branche Chemie/Pharmazie, Medizintechnik, Consumer Products Beschäftigte Schweiz: 6’500 Weltweit: 129’000 Standorte Schweiz Schaffhausen, Zug, Neuchâtel/ Le Locle Standorte Ausland in 60 Ländern weltweit Einstiegsmöglichkeiten Praktikum, Postdoc, Leadership Programm, Direkteinstieg careers.jnj.com Sollte aktuell keine passende Stelle ausgeschrieben sein, können Sie schnell und unkompliziert Ihr Jobprofil und individuelle Suchkriterien hinterlegen, damit Sie über passende Jobangebote per E-Mail informiert werden.

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Gesundheit Technische Unterstützung für Blinde zur sicheren Bewegung in unbekanntem Umfeld 1. Blindennavigation über motorbasierte Vibrationssignale Prof. Dr. Knut Möller, M.Sc. Miguel Reyes Adame, M.Sc. Jing Yu Abstract The iVIEW project proposed to design, simulate and implement an assistive wearable navigation device for visually impaired people. The information of objects in the surrounding shall be generated by a fast 3D object recognition system and transferred to the cognitive system via the stimulation of skin receptors. A special belt was designed as the wearable device. Vibration motors as used in mobile phones were used as a major component of the belt. Three parameters of the belt were evaluated. A simple computer game was developed to simulate an environment with obstacles and obtain the performance of test subjects. The belt was proved to be easy to use while no special training was required. Raumwahrnehmung zu erreichen. Zusammen mit dem Projektpartner aus dem Bereich der Mikrosystemtechnik (MST) der Hochschule Furtwangen (HFU), der Arbeitsgruppe „Autonome Intelligente Systeme“ am Institut für Informatik der Universität Freiburg (AIS), der RTB GmbH & Co. KG und der Universitäts-Augenklinik Freiburg (UAK), soll ein vibrotaktiles Aktuatorsystem für Blinde entwickelt werden, welches zur physiologischen Informationsübertragung eingesetzt werden kann. Während in diesem Beitrag ein motorbasiertes Vibrationssignal zur Informationserzeugung vorgestellt wird, das z.B. an einem Gürtel getragen werden kann, wird im nachfolgenden Bericht ein stark miniaturisiertes System vorgestellt, mit dem man dann mehr und auch komplexere Informationen pro Zeiteinheit übertragen kann als mit einem Vibrationsgürtel. Durch die Miniaturisierung kann das System auf die Fingerspitze, die Ohrläppchen oder andere sehr empfindliche Hautregionen wirken. Ziel des Projekts „iVIEW“ ist eine Verbesserung der Wahrnehmung der Umgebung, um mehr Flexibilität und Unabhängigkeit für Betroffene zu erreichen. PROF. DR. KNUT MÖLLER Prodekan Fakultät Maschinenbau & Verfahrenstechnik und Leiter des Instituts für Technische Medizin (ITeM). Lehrgebiet: Medizinische Informatik. Tel. 07720 307 4390 moe@hs-furtwangen.de Einleitung iVIEW (intelligente, vibrotaktilinduzierte Wahrnehmung) ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördertes Verbundprojekt für innovative Hilfen in der Rehabilitation und für Behinderte. In Deutschland gibt es laut dem deutschen Blinden- und Sehbehindertenverband (DBSV) rund 150.000 blinde und etwa 500.000 sehbehinderte Menschen. Diese Personen haben heutzutage einige Hilfen, die ihnen eine Orientierung in ihrer Umgebung erleichtern wie der Langstock oder Blindenführhund. Ein Langstock ermöglicht das Erkennen von Hindernissen am Boden, Objekte auf Brust oder Kopfhöhe werden aber in den meisten Fällen nicht rechtzeitig bemerkt. Blindenführhunde dagegen stellen eine bessere Hilfe dar, sind jedoch sehr kostenintensiv und nicht immer verfügbar [1]. Forschungsansätze, die das Hörsystem zur Informationsübertragung visueller Informationen nutzen, haben keine großen Erfolge erzielen können, da das Hörsystem einer der wichtigsten Sinne der Sehbehinderten für die Orientierung im Raum ist, welches durch zusätzliche akustische Signale gestört werden kann [2]. Aus diesem Grund wurde ein neuer Weg eingeschlagen, der sich auf vibrotaktile Hautrezeptoren stützt, um eine Verbesserung der Material und Methoden Eine 3D-Kamera soll die Entfernung von Objekten in der Umgebung erfassen und die Information über am Körper getragene Vibrationsmotoren an die Hautrezeptoren übertragen [3]. Die Informationen über die Objektpositionen im Raum werden dabei über die Vibrationszeiten, die Stärke des Vibrationssignals und der Position des Vibrationsmotors auf der Haut realisiert. Kodierungsverfahren und Anordnung des Aktuatorsystems auf der Körperoberfläche zur robusten und kognitiv wenig belastenden Arbeitsweise werden dabei untersucht. Ein Sehbehinderter wird nach einer Trainingsphase in die Lage versetzt, übermittelte Signale in Echtzeit zu erfassen und korrekt zu interpretieren. Bisher wurden zwei Hardware Entwicklungen realisiert, eine für den realen Einsatz, bei dem Personen über Vibrationssignale navigiert werden und eine, bei der das Ausweichen von Hindernissen anhand eines Computerspiels simuliert werden kann. Die Integration M. SC. MIGUEL REYES ADAME Wiss. Mitarbeiter am ITeM. Wissenschaftlicher Fokus: Neue Konzepte in der Ausbildung, Bewegungsanalyse, Sensorik Tel. 07720 307 4395 rey@hs-furtwangen.de

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Gesundheit einer 3D Kamera wird nach erfolgreicher Testphase der jetzigen Hardware Entwicklungen in den Systemaufbau aufgenommen. Für das Erzeugen von Vibrationssignalen auf der Haut wurde ein Vibrationsmotor der Firma Nidec Copal (USA) mit der Modellnummer LA4-432A benutzt (Abb. 1). M. SC. JING YU Abb. 1: Vibrationsmotor zur Übertragung von Signalen an die Hautrezeptoren. Abb. 2: Computerspiel zur Evaluierung der Echtzeit Performance des Systems und Simulierung von Hindernissen. Rote Punkte stellen bewegte, nach unten fallende Objekte dar, denen der Proband (grüner Punkt) auszuweichen hat. Kollisionen werden als Performancemaß gezählt. Wiss. Mitarbeiterin am ITeM. Wissenschaftlicher Fokus: Verbesserung der Wahrnehmung der Umgebung für blinde und sehbehinderte Menschen Tel. 07720 307 4753 jing.yu@hs-furtwangen.de Dieser Motor ist sehr klein 16x5x6 mm (LxBxH) und nur wenige Gramm schwer, damit wird die Bewegungsfreiheit durch das Tragen nicht eingeschränkt. Die Nennspannung des Motors beträgt 3 V, hat eine Nenndrehzahl von 9500 Umdrehungen/min und einen Nennstrom von 66 A. Angesteuert werden die Motoren, bei der Entwicklung für die Simulation der Hindernisse, mittels der digitalen Ausgänge einer NI-USB Karte der National Instruments Corporation (USA). Für den realen Einsatz in einem Hindernisparcour wurden die Motoren über die digitalen Ausgänge eines Arduino BT Boards angesteuert, welches kabellos über Bluetooth mit dem PC kommuniziert. Das Board verfügt über einen ATmega328 Mikrocontroller. Die Soft- und Hardware der Arduino-Plattform ist Open Source und erlangt dadurch immer mehr Beliebtheit. Ein Motortreiber (dualer Vollbrücken Treiber L298 der Fa. STMicroelectronics, CH) schaltet auf die für den Vibrationsmotor benötigte Nennspannung nach der Ansteuerung über die digitalen Ausgangssignale der NI-USB Karten oder des Arduino BT Boards. Bisher wurden zwei unterschiedliche Versuchsreihen durchgeführt, eine anhand eines Echtzeitspiels (Abb. 2) zur Prüfung der Leistungsfähigkeit von gesunden Probanden, die mit einem Vibrationsgürtel ausgerüstet wurden und denen nach kurzer Trainingsphase die Augen verbunden wurden und eine Versuchsreihe, bei der unterschiedliche Positionierungen der Vibrationsmotoren am Körper mit unterschiedlichen Vibrationszeiten und Vibrationsstärke getestet wurden. Es ist eine weitere Versuchsreihe geplant, bei der Probanden, mit verbundenen Augen und einem Aktuatorgürtel ausgestattet, durch einen Hindernisparcour über Bluetooth von einer zweiten Person navigiert werden. Ergebnisse Die erste Versuchsreihe in einer Vorarbeit beinhaltete die Untersuchung unterschiedlicher Übertragungsmuster wie Stärke, Vibrationszeit und Positionierung der Vibrationsmotoren. Zunächst mussten fünf gesunde Probanden zwischen zwei unterschiedlichen Intensitäten der Vibrationsmotoren differenzieren, dafür wurde ein Motor zentral am Bauch positioniert und der andere an der Seite. Die Vibrationszeiten betrugen 400 ms und die Signalstärke der Motoren 2,8 V oder 5 V. Die Probanden erhielten 15 zufällig angeordnete Sequenzen pro Position. Eine Sequenz beinhaltete dabei jeweils 3 Vibrationen mit der gleichen Intensität und einer Pause zwischen den Vibrationen von 400 ms. Insgesamt wurden die unterschiedlichen Intensitäten in der Mitte des Bauches zu 97,3% richtig erkannt und an der Seite sogar zu 100%. Beim nächsten Test wurden unterschiedliche Vibrationszeiten der Motoren untersucht. Die Motoren waren dabei an den gleichen Positionen wie beim Test zuvor angebracht. 20 zufällig aufeinanderfolgende Sequenzen mit zwei gleichen Vibrationssignalen pro Sequenz mussten richtig zugeordnet werden. Die zu erkennenden Signale in den Sequenzen hatten Vibrationszeiten von 30 ms, 100 ms, 500 ms oder 1000 ms. Die Sequenzen durch den Vibrationsmotor in der Mitte

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Gesundheit des Abdomens konnten zu 93% richtig zugeordnet werden und an der Seite des Abdomens zu 95%. Das dritte Experiment in der ersten Versuchsreihe richtete sich danach, unterschiedliche Abstände zwischen den Vibrationsmotoren um die Umfanglinie des Abdomens zu testen. Die Probanden trugen dafür einen Gürtel mit fünf integrierten Vibrationsmotoren. Die Motoren wurden zufällig in insgesamt 20 Sequenzen mit jeweils zwei Vibrationssignalen von 400 ms angesteuert. Die Testpersonen mussten sich anhand der Vibrationen auf der Haut entscheiden, welcher der 5 Motoren angesteuert wurde. Bei einem Abstand von 11 cm zwischen den Motoren konnten wie erwartet alle Sequenzen dem entsprechenden Vibrationsmotor richtig zugeordnet werden. Die Abstände wurden daraufhin auf 8 cm verkürzt, hier konnten die Vibrationssignale noch zu 99% dem richtigen Motor zugewiesen werden. Zuletzt wurde ein Abstand von 4 cm zwischen den Vibrationsmotoren untersucht. Bei dieser Motorenplatzierung ordneten die Probanden 86% der Sequenzen dem richtigen Motor zu. Eine zweite Versuchsreihe testete die Performance von gesunden Probanden anhand eines Computerspiels, bei dem sie herabfallenden Hindernissen auszuweichen hatten. Insgesamt 49 Personen, überwiegend Jugendliche, absolvierten vier Durchläufe von einer Minute Dauer. Beim ersten Durchlauf konnten die Testpersonen für das Ausweichen der Objekte den Computermonitor sehen. Anschließend wurden ihnen die Augen verbunden und sie sollten versuchen, anhand von Computer-generierten Vibrationssignalen am Abdomen, den Hindernissen auszuweichen. Der dritte Durchlauf wurde wieder sehend ausgeführt, jedoch zusätzlich mit Vibrationsinformationen. Zum Schluss wurde noch ein Durchgang mit verbundenen Augen und dem Aktuatorgürtel vollzogen. Abb. 3 zeigt die durchschnittliche Anzahl an Kollisionen der Probanden mit den simulierten Hindernissen pro Durchlauf. Zusammenfassung Die Experimente mit den unterschiedlichen Übertragungsmustern wie Intensität, Vibrationszeit und Position haben gezeigt, dass diese gut erkannt werden und sich voneinander differenzieren lassen. Eine Codierung von Informationen aus der Umgebung durch Übertragungsmuster dieser Art gilt daher als sehr vielversprechend. Die Versuchsreihe mit dem Computerspiel zeigte, dass ein Ausweichen vor den simulierten Hindernissen anhand von Vibrationssignalen möglich ist. Die Leistung von über Vibrationen navigierten Personen hinkt natürlich der, der Sehenden hinterher. Eine Verbesserung der Performance scheint aber durch Training möglich zu sein (siehe Kollisionen der Blindendurchläufe Abb. 3). Das Experiment hat auch gezeigt, dass zu viele Informationen (Seh- und Vibrationssignale zugleich) zu einer Irritierung führen können. Dies offenbarte der dritte Durchlauf, bei dem die Probanden die Augen nicht verbunden hatten und zusätzlich Vibrationssignale erhielten. Hier kam es im Mittel zu mehr Kollisionen als noch beim ersten Durchlauf bei dem die Testpersonen nur die visuellen Informationen hatten. Diese ersten Experimente zeigten, dass Hautrezeptoren zu einer signifikanten Verbesserung der Performance blinder Menschen führen können. Abb. 3: Anzahl durchschnittlicher Kollisionen bei jeweils 4 Durchläufen von je einer Minute Dauer. Durchlauf 1 sehend (blaue Säule), Durchlauf 2 blind (rote Säule), Durchlauf 3 sehend mit Vibrationssignalen (grüne Säule) und Durchlauf 4 blind (lila Säule).

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Gesundheit 2. Mikrosystemtechnischer taktiler Informationsgeber für ein Blindennavigationssystem Prof. Dr. Ulrich Mescheder, Dr. Rolf Huster, M.Sc. Rui Zhu Abstract Within the project iVIEW (intelligente, vibrotaktilinduzierte Wahrnehmung) a miniaturized actuation system based on microsystem technology is developed. Compared to the use of vibration motors, miniaturized tactile actuators allow to communicate more complex information at a time to the user. Additionally, such systems are small enough for integration on a fingertip, earlap or other sensitive parts of the body. A design for testing possible resolution of such tactile actuators is presented. diesem Grund wurde ein neuer Weg eingeschlagen, der sich auf vibrotaktile Hautrezeptoren stützt, um eine Verbesserung der Raumwahrnehmung zu erreichen. Im Rahmen des hier vorgestellten Teilprojekts wird durch die Arbeitsgruppe Mikrosystemtechnik (Prof. Mescheder) ein miniaturisierter taktiler Informationsgeber entwickelt. Miniaturisierter taktiler Informationsgeber PROF. DR. ULRICH MESCHEDER Zur richtigen Auslegung des zu entwickelnden taktilen Aktuators müssen die Rezeptoren der taktilen Wahrnehmung und die psychophysikalischen Ergebnisse (nach Weber) beachtet werden. Taktile Wahrnehmung, bei der das wahrnehmende Subjekt das Objekt nicht aktiv abtastet (im Gegensatz zur haptischen Wahrnehmung) erfolgt über Rezeptoren, die als Nervenendigungen oder komplexe Sensorkörperchen ausgelegt sein können (Abb. 1). Für die hier relevante Detektion von (sich schnell verändernden) mechanischen Reizen (Vibrationen) sind die dicht unter der Haut liegenden Meissnerschen Körperchen (40 µm breit, 100 µm lang), die tiefer im Bindegewebe und daher für Oberflächenreize weniger relevanten Ruffinischen Körperchen, die in der Epidermis befindlichen, sich auf Druck langsam adaptierenden Merkelzellen (insbesondere Fingerspitze, Zunge) sowie die auf sehr schnelle Vibrationen/Beschleunigungen reagierenden Vater-PaciniKörperchen relevant. Diese Rezeptoren unterscheiden sich in ihrer lokalen Auflösung (Unterscheidung benachbarter Reize), der Wahrnehmungsschwelle (insbesondere im Hinblick auf z-Amplitude und Frequenz maximaler Empfindlichkeit – bis zu 200 Hz bei Vater-Pacini-Körperchen) [4]. Fakultät Computer & Electrical Engineering Lehrgebiete: Mikrosysteme, Mikrotechnologie, Sensorik. Prorektor und Leiter des Instituts für Angewandte Forschung der HFU. Tel. 07723 920 2232 mes@hs-furtwangen.de Einleitung Wie im vorherigen Beitrag dargestellt ist das übergeordnete Ziel des BMBF-Projekts iVIEW Blinden Navigationshilfe in unbekannten Umgebungen zur Verfügung zu stellen. Dabei soll mit neuen Methoden und Technologien, die z.B. in der Robotik zur Steuerung autonomer Systeme und in der Mikrosystemtechnik zur Realisierung sehr kleiner Informationsgeber (Aktuatoren) entwickelt werden, ein System entstehen, das anders als der Blindenstock nicht nur das unmittelbare Nahfeld sondern das gesamte Umfeld mit erfasst und damit auch eine „vorausschauende“ Navigation erlaubt (z.B. frühzeitiger Wechsel der Straßenseite an sicherer Stelle, wenn in größerer Entfernung ein variables Hindernis wie etwa eine Mülltonne auf dem Gehweg von dem System erkannt wird). Da in solchen realen Umgebungen komplexere Informationen in relativ kurzer Zeit sicher empfangen und verarbeitet werden müssen, wird eine mikrosystemtechnische Lösung untersucht, die gegenüber einem einfachen Vibrationssignal grundsätzlich – falls benötigt – höhere Informationsdichten übertragen kann. M.SC. RUI ZHU Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fakultät Computer & Electrical Engineering. Projekt: iView Tel. 07723 920 2101 zhu@hs-furtwangen.de Aufgabenstellung Wie im vorhergehenden Beitrag bereits erläutert, haben taktile Informationsgeber für Blinde den sehr großen Vorteil, dass der für Blinde wichtige Kanal für akustische Informationen nicht blockiert wird. Aus Abb. 1: Schematische Darstellung der Rezeptoren in Haut und Muskeln der Hand. Aus Halata und Baumann [5].

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Gesundheit DR. ROLF HUSTER Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fakultät Comuter & Electrical Engineering. Tel. 07723 920 2106 hu@hs-furtwangen.de Abb. 2: Schematischer Querschnitt (links) durch mikrotechnisch hergestellte Teststrukturen und rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (rechts); die Höhen (Ätztiefen) der Strukturen variieren zwischen 10 und 100 µm, die Abstände zwischen den Strukturen variieren zwischen 0.25 und 1.5 mm. Ausgehend von den genannten Rezeptoren sollen nun im Projekt dafür optimierte miniaturisierte Signalgeber entwickelt und getestet werden. Im ersten Schritt wurde eine Literaturstudie über Auflösung des taktilen menschlichen Systems durchgeführt, um den Parameterraum für mögliche Designs von taktilen Informationsgebern etwas einzuschränken. Als Resultat der Studie ergeben sich minimale Anforderungen an die wahrnehmbare Höhe des taktilen Signals, die maximalen bzw. minimalen Änderungsgeschwindigkeiten und die lokale Auflösung (wieviel Pixel können pro Fläche übertragen werden). Diese Werte sind in Tabelle 1 zusammengestellt [4] und zeigen, dass entsprechend der Auflösung und der Wahrnehmungsschwelle (Threshold-Werte) ein taktiles System mit mikrosystemtechnischen Methoden sinnvoll und realisierbar ist. Mit diesen Designdaten wurden miniaturisierte Teststrukturen entwickelt und mikrotechnisch herAfferent type Receptor Sensory function SA1 Merkel Form and texture perception RA Meissner gestellt (Abb. 2 und 3), die mit Hilfe einer noch nicht miniaturisierten Aktuatorik entsprechend Abb. 4 (mit piezoelektrischen Stellgebern) mit blinden Menschen zur genauen Untersuchung der Auflösung an unterschiedlichen Hautpartien genutzt werden sollen. Dabei stellt jede einzelne Struktur ein Informationsbit dar, das allerdings in der Testversion noch nicht einzeln adressierbar ist. Ausgehend von diesen Voruntersuchungen, die auch den Auflösungsbereich einbeziehen, der bisher von den Untersuchungen zur Auflösung rein technisch noch nicht adressiert werden konnte, wird ein Design für ein miniaturisiertes, taktiles Informationssystem entwickelt, bei dem jedes Informationsbit einzeln adressiert werden kann. Mit solchen miniaturisierten taktilen Informationsgebern können auch komplexere Informationen als mit kommerziellen Vibratoren zuverlässig weitergeleitet werden. Die endgültige PC Pacinian Perception of distant events through transmitted vibrations, tool use vibration None 5-1000Hz 200 Hz 0.01 um SA2 Ruffini Tangential force, hand shape, motion direction Motion detection, grip control Effective stimulus Response to sustanied indentation Frequency range Peak sensitivity Threshold for rapid indentation or vibration (best) Threshold (mean) Receptive field area (measured with rapid 0.5 mm indentation) Innervation density Spatial acuity Edges, points, corners, curvature Sustained with slow adaption 0-100 Hz 5 Hz 8 um Skin motion None 1-300 Hz 50 Hz 2 um Skin stretch Sustained with slow adaption 0-Hz 0.5 Hz 40 um 30 um 9 mm2 6 um 22 mm2 0.08 um Entire finger or hand 300 um 60 mm2 100/cm2 0.5 mm 150/cm2 3 mm 20/cm2 10 + mm 10/cm2 7+ mm Tabelle 1: Tabelle der taktilen Rezeptoren und deren Eigenschaften, aus Yantis und Pashler [4].

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Gesundheit miniaturisierte Bauform nutzt dabei einen auf den Chip integrierten Aktuatorantrieb, der mit dem Prinzip eines pneumatischen Verstärkers (Abb. 5) arbeitet [6]. Erste konzeptionelle Überlegungen gehen davon aus, dass die Kräfte für einen solchen pneumatischen Verstärker entweder elektrostatisch oder magnetisch erzeugt werden. Die Arbeiten zum neuen Prinzip des pneumatischen Verstärkers werden im Rahmen einer Doktorarbeit in Kooperation mit der Universität Freiburg, Frau Prof. Wallrabe, erforscht. Abb. 3: Mikroskopaufnahme einer nasschemisch geätzten Struktur mit geometrischen Daten (links), und Detailbild einer unterätzten Ecke der Struktur (rechts). Danksagung Diese Arbeit wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Kennziffer 01EZ1129A, unterstützt. Referenzen [1] K. Möller, J. Möller, K. O. Arras, M. Bach, S. Schumann, and J. Guttmann: Enhanced perception for visually impaired people evaluated in a real time setting, in WC 2009, IFMBE Proceedings, O. Dössel and W. C. Schlegel, Eds., (Springer, Munich, Germany, 2009), vol. 25/4, pp. 283-6, 2009. [2] K. Möller, F. Toth, L. Wang, J. Möller, K. O. Arras, M. Bach, S. Schumann, and J. Guttmann: Enhanced perception for visually impaired people, in 3rd International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering (iCBBE), (IEEE, Beijing, China, 2009), 2009. [3] K. Möller, J. Möller, K. Arras, and M. Bach: Intelligent information reduction to guide visually impaired people, in 55. GMDS-Jahrestagung, P. Schmücker, et al., Eds., (Antares Verlag, Mannheim, Germany, 2010), pp. 544-5, 2010. [4] Steven Yantis, Hal Pashler: Steven’s Handbook of Experimental Psychology, 3 Edition, Volume 1, Chapter 13. [5] Z. Halata, K.I. Baumann: Anatomy of receptors, In: Grunwald M. (Ed), Human Haptic Perception. Birkhäuser, Basel, pp. 86-92, 2008. [6] H. Kim, K. Najafi: An Electrically-Driven, LargeDeflection, High-Force, Micro Piston Hydraulic Actuator Array for Large-Scale Microfluidic Systems, IEEE 22nd Intern. Conference Micro Electro Mechanical Systems, pp. 483-486, 2009. Abb. 4: Versuchsaufbau zur Ermittlung der taktilen Auflösungsgrenzen für mikrotechnisch hergestellte Teststrukturen. Abb. 5: Schematisches Prinzip eines miniaturisierten pneumatischen Verstärkers: Für Mikrotechniken große Amplituden der Verformung (hier bis zu 50 µm) werden durch geeignet gewählte Flächenverhältnisse aus einer kleinen Amplitude (z.B. 1 µm) generiert.

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Gesundheit Miniaturisiertes Impulslärm-Dosimeter zur Untersuchung und Vermeidung von Gehörschädigungen M.Sc. Laszlo Becsi, Dr. Wolfgang Kronast, Prof. Dr. Ulrich Mescheder, M.Sc. Thomas Bier, Prof. Dr. Dirk Benyoucef Abstract Hearing loss is one of the most commonly occupational diseases. It can be raised through long lasting noise pollution (> 80 – 85 dB) or bangs. The objective of this scientific project is the development of a novel noise level dosimeter for bangs of high level (up to 180 dB) and fast rise time (20 µs). The overall targets of the project are a better understanding of bang related hearing loss and to avoid such loss by protection or regulations. The present system is planned to be applied in safety devices, to improve the protection against hearing impairments. Furthermore, the implementation of the knowledge from the noise exposure experiments in standards and noise regulations is intended in this project. chungen in die entsprechenden Normen und Lärmschutzbestimmungen. Schlagwörter: Gesundheit, Hörschädigung, Arbeitsschutz, Lärmdosimeter, Knall, Hochpegelsensor, Mikrofon, Hybrid Sensorsystem, SOI-Wafer, Signalverarbeitung, Schallimpuls, Siliziummikrofon M.SC. LASZLO BECSI Wiss. Mitarbeiter am IAF an der HFU Forschungsschwerpunkte: Mikrosystemtechnik, Sensoren, Prozessentwicklung, Prozesstechnologie Tel. 07723 920 2321 becsi@hs-furtwangen.de 1 Einleitung Im Rahmen eines dreijährigen Forschungsprojekts (FHprofUnt, BMBF) wird ein neuartiges LärmpegelDosimeters mit hohem Dynamikbereich, schnellem Ansprechverhalten und Signalverarbeitungseinheit entwickelt. Mit diesem Dosimeter sollen anschließend medizinische Feldversuche an geeigneten Probanden durchgeführt werden. An diesem Projekt sind die HTW Aalen, die JustusLiebig-Universität Gießen (JLU) sowie auf dem Gebiet der Akustik tätige Firmen beteiligt. Es soll nicht nur ein miniaturisiertes sondern auch preiswertes Sensorsystem entwickelt werden, um den Einfluss von Hochpegel-Schallereignissen auf Hörschädigungen im Rahmen von Felduntersuchungen erfassen zu können. Das System muss sehr schnelle Anstiegszeiten (20 µs) und große Lärmpegel (bis 180 dB) hochpräzise erfassen und verarbeiten. Verschiedene Untersuchungen [1-3] zeigen auf, dass es nicht ausreicht, nur das Überschreiten eines gewissen Pegels zu dokumentieren. In Tierversuchen lässt sich nachweisen, dass die Charakteristik des Knalls mit Anstiegsflanke und Wirkzeit sowie der Peaklevel entscheidende Parameter für das Ausmaß der zu beobachtenden Schäden sind. In einem Cochrane-Review von Verbeek et. al. [4] zur Prävention arbeitsbedingter Hörverluste werden gut geplante prospektive Studien gefordert. Die Autoren folgern “Better evaluations of technical interventions and long-term effects are needed. Audiometric and noise measurement data are potentially valuable for such studies.” Solche Studien konnten wegen der fehlenden Sensorik bisher nicht durchgeführt werden, Keywords: healthcare, hearing loss, employment protection, noise dosimeter, explosion, low- and high-level sensor, hybrid sensor-system, SOI-wafer, signal processing, silicon microphone M.SC. THOMAS BIER Wiss. Mitarbeiter im Labor Digital Communications & Signal Processing an der HFU Forschungsschwerpunkte: Digitale Signalverarbeitung, Mustererkennung, embedded systems Tel. 07723 920 2454 bit@hs-furtwangen.de Abstrakt Hörschädigung ist eine der häufigsten Berufserkrankungen. Sie kann durch hohe jahrelange Schallpegel (> 80 – 85 dB) oder hochdynamische Schallereignisse (Knall) eintreten. Die Entwicklung eines neuartigen Lärmpegel-Dosimeters für große Schallpegel (bis zu 180 dB) und schnelle Anstiegszeiten (20 µs) ist das Ziel in diesem Projekt. Mit dem Dosimeter sollen Knall verursachte Hörschädigungen beim Menschen genauer untersucht werden, um diese Berufserkrankung zu vermeiden. Dieses System soll in Arbeitsschutzvorrichtungen eingesetzt werden und dadurch den Schutz gegen lärmbedingte Hörschädigungen verbessern. Ein weiteres Ziel ist die langfristige Umsetzung der Erkenntnisse aus den Schallexpositions-Untersu-

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Gesundheit so dass die genannte Datenbasis für normative Reglungen im Lärmschutz bis jetzt fehlte. Das in diesem Bericht vorgestellte Dosimeter bietet die Möglichkeit für die Durchführung derartiger Studien. Die HFU ist für die Realisierung des mikrosystemtechnischen Sensors verantwortlich, die Hochschule Aalen für die hörakustische Forschung. Beim Sensor geht es um die Prozessentwicklung, Charakterisierung der Sensormembran, Evaluierung des Herstellungsprozesses, Messung der statischen Auslenkung, Anpassung des elektronischen Systems, vergleichende Messung mit einem Referenzsystem und Untersuchung mit realitätsnahen Schallimpulsen. Über diese Arbeiten wird hier berichtet. Im Rahmen der hörakustischen Forschung werden dann audiologische Untersuchungen von geeignet ausgewählten Probanden durchgeführt (Vorbereitung von Feldversuchen). Hierbei werden Schallbelastungen und erinnerbare Knalltraumata nach einer Schallexposition erfasst. Weiterhin werden Schallbelastungen mit dem Schalldosimeter dokumentiert z.B. bei Konzerten, in Discotheken und zum Jahreswechsel. es möglich eine sehr dünne Membran (im konkreten Fall 5 µm und 10 µm) mit genau einstellbarer Dicke herzustellen. Zwischen Membran und Gegenelektrode befindet sich ein 3 µm breiter Luftspalt. Er ist durch eine Oxidschicht (BOX) definiert, die später lokal unter der Membran entfernt wird [6]. Eine vollständige Entfernung der Oxidschicht ist dafür wichtig, da das Oxid die Membranfunktion elektrisch sowie mechanisch behindern kann. Die Dicke der Gegenelektrode beträgt 400 µm. In dieser Gegenelektrode werden durchgehende Perforationslöcher durch einen DRIE-Prozess (Deep Reactive Ion Etching) definiert. Der Ätzprozess stoppt automatisch an der Oxid-Schicht, da das Oxid beim DRIE-Ätzen eine sehr viel kleinere Ätzrate als Silizium aufweist. Die Perforationslöcher haben zwei Funktionen: 1. Die Oxidschicht wird durch diese Löcher nasschemisch entfernt und die Membran damit freigesetzt. 2. Bei schallbedingter Auslenkung der beweglichen Membran kann die Luft über die Perforationslöcher („vent holes“) entweichen, was Voraussetzung für ein schnelles Antwortverhalten der Sensoren ist (Reduzierung der Membran-Dämpfung). PROF. DR. DIRK BENYOUCEF Fakultät Computer & Electrical Engineering Leiter des Labors Digital Communications & Signal Processing (DCSP) Studiendekan des Studiengangs Elektronik und Technische Informatik (ETI) Forschungsschwerpunkte: Smart Metering, Sensornetzwerke, Indoor-Lokalisation Tel. 07723 920 2342 bed@hs-furtwangen.de 2 Systemrealisierung 2.1 Herstellung des Sensors Der mechanische Teil des Dosimeters ist als „Single Chip Sensor“ mit zwei unabhängigen Sensoren auf einem Chip vorgesehen (Abb. 1): Sensor 1 ist für einen Niederpegelbereich (65-150 dB), Sensor 2 für einen Hochpegelbereich (120-180 dB) ausgelegt. Durch den Überlapp im Pegelbereich zwischen 120 und 150 dB kann durch eine geeignete Signalverarbeitung der Gesamtpegelbereich (65-180 dB) nahtlos abgedeckt werden (s. 2.5). Beide Sensoren arbeiten nach dem Prinzip eines kapazitiven Mikrofons [5]: Eine Bewegung der Membran erzeugt eine Kapazitätsänderung und bei konstanter Ladung damit eine Spannungsänderung zwischen Membran und Gegenelektrode. Diese Änderung wird elektrisch verstärkt und gemessen. Die Mikrofone werden aus einem SOI (Silicon-OnInsulator) Wafer gefertigt. In dieser Technologie ist Abb. 1: Querschnitt des Doppelsensor-Chips des Dosimeters in SOI Technologie.

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Gesundheit Mehrere Parameter können zur Einstellung der Sensoreigenschaften genutzt werden wie z.B. die Geometrie der Membran, Membranaufhängung, Membranspannung, Größe der Perforationslöcher und des Luftspalts. turen nach dem Ätzen vollständig verschwunden sind. Das bedeutet, dass die Gegenelektrode (Oberfläche der perforierten Platte) nur noch eine kleine Nutzfläche hat und die Kapazität verringert wird (Abb. 2). Mit größeren Perforationslöchern (z.B. Hexagon, r = 40 µm) und breiteren Wänden dazwischen (60 µm) kann ein optimaler DRIE-Ätzprozess durchgeführt werden. Um das Oxid zu entfernen und dadurch die Membran freizusetzen wurden die Chips in gepufferter Flußsäure (BHF (10:1, 31°C)) geätzt. Es stellte sich heraus, dass extrem lange Ätzzeiten (> 7 h) erforderlich sind, um das Oxid vollständig zu entfernen. Dies deutet darauf hin, dass die Benetzung der Löcher und Zwischenräume bei diesen extremen Geometrieverhältnissen nicht optimal ist. Eine bessere Benetzung der Zwischenräume und kürzere Ätzzeiten können mittels eines Netzmittels (z.B. Triton-X 100) erreicht werden. Dadurch wird der BHF Ätzvorgang optimiert. Die druckaufnehmende Membran besteht aus kristallinem Silizium und sollte daher theoretisch frei von mechanischen Spannungen sein. Es wurde aber beobachtet, dass die gefertigten Membranen nach dem BHF Ätzprozess nicht stressfrei und daher gewölbt (Druckspannung in Membran) sind (Abb. 3). Diese Wölbung wurde durch den SOI-Materialstress verursacht. Der Materialstress wird vermutlich im SOI Material während des Herstellungsprozesses des Wafers durch das Oxid erzeugt. Die Membranwölbung kann z.B. durch eine Aluminiumbeschichtung auf der Membran reduziert werden, da die Aluminium-Schicht eine Zugspannung erzeugt [7]. Eine Stresskompensation durch Bor-Implantation ist bei Membranen dünner als 5 µm ebenfalls möglich [8]. Diese an der HFU untersuchten Möglichkeiten werden für das Dosimeter zur Lösung des Stressproblems genutzt. 2.2 Evaluierung des Herstellungsprozesses Unterschiedliche Perforationslöcher (rund, quadratisch, hexagonal) mit unterschiedlichen Größen wurden in der Gegenelektrode realisiert. Die minimale Lochgröße, die durch DRIE realisiert werden kann, liegt bei 30 µm Durchmesser (Ätztiefe: 400 µm). Unter 30 µm Strukturgröße konnten die Löcher nicht bis zum BOX durchgeätzt werden. Die Strukturen zwischen den Löchern laufen während des DRIE-Prozesses konisch zu. Eine Unterdimensionierung der Strukturen kann dazu führen, dass die Struk- DR. WOLFGANG KRONAST Fakultät Computer & Electrical Engineering Forschungsschwerpunkte: Nano- und Mikrosysteme, physikalische Sensoren und Aktoren Tel. 07723 920 2514 wk@hs-furtwangen.de Abb. 2: Perforierte Gegenelektrode, links: von Waferunterseite betrachtet, rechts: von der Oberseite (Membranseite) betrachtet. 2.3 Sensorkonzeption und Simulationsergebnisse Um die geforderten mechanischen Eigenschaften des Sensorchips wie etwa die Resonanzfrequenz, den Schallpegelbereich und die Empfindlichkeit zu Abb. 3: Gemessene Membranwölbung in der Mitte einer Membran mit 3,0 mm Ø nach BHF Ätzprozess (Wölbung: 0,52 µm).

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Gesundheit Abb. 4: Rechnungen zu quadratischer Membran mit Seitenlänge 1,1 mm; Dicke 10 µm. Links: Membrannachgiebigkeit als Funktion der Membrandicke; Vergleich analytische Rechnung mit FEM Simulation. Rechts: 3D FEM Simulation mit COMSOL Multiphysics, Nachgiebigkeit 0,13 nm/Pa. Abb. 5: Finite Elemente Simulation des Frequenzgangs einer kreisförmigen Siliziummembran bei 1 Pa Last. Links: Niederpegelsensor, Resonanz bei 25 kHz. Rechts: Hochpegelsensor Resonanz bei 168 kHz. erreichen, muss die Membrangeometrie in bestimmter Weise ausgelegt werden, d.h. die Membrandicke und Membranfläche, wie auch der Luftspalt zwischen der Membran und der Gegenelektrode müssen optimiert werden. Für diese Optimierung des Konzepts des Sensor Chips wurden sowohl analytische Rechnungen als auch Finite Elemente Simulationen (FEM) zur Nachgiebigkeit von Membranen in Abhängigkeit von deren geometrischen Parametern durchgeführt. In Abb. 4 ist die Nachgiebigkeit einer quadratischen Membran für den Hochpegelsensor als Funktion der Membrandicke dargestellt. Der Vergleich zeigt eine analytische Rechnung und eine FEM Simulation. Für das endgültige optimierte Design wurde eine kreisförmige Membrangeometrie gewählt, da aus Symmetriegründen geringere Spannungen auftreten und die Empfindlichkeit bei gleicher Membranfläche höher ist. In Tabelle 1 sind die optimalen Parameter für die beiden Pegelbereiche gelistet. Abbildung 5 zeigt die FEM Simulationen der Frequenzgänge der Niederpegelsensor Hochpegelsensor Membranradius Membrandicke 1.3 mm 10 μm 0.55 mm 10 μm 168 kHz 0.07 nm/Pa Resonanzfrequenz 25 kHz Nachgiebigkeit 3.4 nm/Pa Tabelle 1: Parameter für Nieder- und Hochpegelsensor. Sensoren für die beiden Pegelbereiche. In diesen Simulationen ist die viskose Dämpfung des Luftpolsters im Spalt zwischen Membran und Gegenelektrode noch nicht berücksichtigt. Mit einer Resonanzfrequenz bei 168 kHz ist der Hochpegelsensor zum Detektieren schneller Knallereignisse (Anstiegszeiten 20 µs) geeignet. 2.4 Elektronikkonzept Der Mikrofonsensor besitzt zwei Ausgänge für die beiden unterschiedlichen Messbereiche. Aus diesem

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Gesundheit Grund werden Verstärker und Filter doppelt ausgeführt. Die Abtastung erfolgt mit einem dualen Analog/Digital Wandler. Danach werden die Daten über den Mikrocontroller des Datenloggers auf eine SD-Karte geschrieben. Für die spätere Auswertung können dann die Daten über USB vom Datenlogger auf den PC übertragen werden. Das Konzept der Elektronik ist in Abb. 6 gezeigt. durchgeführt. Damit ergibt sich für die beiden Kanäle eine Datenrate von 600 kByte/s. Diese hohe Datenrate wird über die Audioschnittstelle (I2S) an den Mikrocontroller übertragen. Die digitalisierten Daten werden dann auf einer SD-Karte abgespeichert. Am Ende des Aufzeichnungszeitraums werden die Daten über USB auf einen PC übertragen. 2.5 Signalverarbeitung 2.4.1 Sensoreinheit Die Verarbeitung der Sensorsignale erfordert eine Vorfilterung der beiden Signale. Da Kondensatormikrofonchips eine hohe Impedanz (Gigaohm-Bereich) haben, wird das Signal Impedanz-gewandelt und verstärkt. Wegen des hohen Dynamikbereichs und Wegen der mechanischen Grenzen der Sensoreinheit wurden für den Dynamikbereich zwei Pegelbereiche gewählt. Für die Auswertung der Messungen ist aber die Überlagerung der Daten, welche das menschliche Gehör aufnimmt, nötig. Deshalb müssen vor der Auswertung der Daten die Datenströme der beiden Pegelbereiche zusammengeführt werden. Der unterschiedliche physikalische Aufbau der beiden Mikrofone führt zu verschiedenen elektrischen Eigenschaften. Dadurch werden die beiden Signale unterschiedlich verzerrt. Ebenfalls treten durch die beiden Pfade der Signale unterschiedliche Verzerrungen, Phasenverschiebungen und Verstärkungen auf. Um die Signale zu überlagern wird deshalb ein inverses System entwickelt, welches die beiden Signale wieder in ihre ursprüngliche Signalform transformiert. Dieses beinhaltet das elektronische Modell der Mikrofonsensoren und das Modell der beiden Signalpfade. Nach der Rücktransformation werden die beiden Signale für die Auswertung überlagert (Abb. 7). Abb. 6: Konzept der Elektronik. der damit verbundenen Auflösung muss die Schaltung hinsichtlich des Signal-zu-Rauschverhältnisses (SNR) optimiert werden. Im Anschluss an die Impedanzwandlung folgt das aktive Filtern. Dabei handelt es sich um einen Tiefpassfilter mit der Grenzfrequenz von 50 kHz. 2.4.2 Datenlogger 3 Ergebnisse und Ausblick Die hohe Datenrate stellt an die Elektronik eine hohe Anforderung. Für die Bandbreite von 50 kHz muss der AD-Wandler mit 100 kHz abtasten. Die Digitalisierung des Signals wird mit einer Auflösung von 24 Bit In diesem Bericht wurde die Entwicklung eines neuartigen, preiswerten Lärmpegel-Dosimeters dargestellt. Dieses Dosimeter ermöglicht die Untersuchung von Schallexposition im Schallpegelbereich bis 180 dB. Mit dem System sollen Untersuchungen der Mechanismen durchgeführt werden, die zu Gehörschädigungen beim Menschen führen können. Die Erkenntnisse daraus sollen zur Verbesserung von Arbeitsschutzvorrichtungen eingesetzt werden. Die ersten Herstellungsprozessschritte der DosimeterMikrofone wurden evaluiert. Die Membranen sind Abb. 7: Signalüberlagerung.

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Gesundheit relativ einfach realisierbar, aber es gibt noch einige Prozessparameter, die optimiert werden müssen. Das Konzept der Elektronik (Signalverarbeitung und Speicherung) ist auch festgelegt. Nach der Zusammenführung der Elektronik mit den optimierten Mikrofonen werden audiologische Untersuchungen mit Probanden durchgeführt. Literaturverzeichnis [1] Henderson, D.; Subramaniam, M.; Gratton, M. A.; Saunders, S. S.: Impact noise: the importance of level, duration, and repetition rate. In: The Journal of the Acoustical Society of America, Jg. 89, H. 3, 1991, S. 1350-1357. [2] Levine, S.; Hofstetter, P.; Zheng, X. Y.; Henderson, D.: Duration and peak level as co-factors in hearing loss from exposure to impact noise. In: Scandinavian audiology. Supplementum, Jg. 48, 1998, S. 27–36. [3] Starck, J.; Toppila, E.; Pyykkö, I.: Impulse noise and risk criteria. In: Noise & health, Jg. 5, H. 20, 2003, S. 63-73. [4] Verbeek, Jos H.; Kateman, Erik; Morata, Thais C.; Dreschler, Wout; Sorgdrager, Bas: Interventions to prevent occupational noise induced hearing loss. In: Cochrane database of systematic reviews (Online), H. 3, S. CD006396. 2009, Online verfügbar unter doi:10.1002/14651858.CD006396.pub2. [5] W. Kronast, B. Müller, W. Siedel, A. Stoffel: Single-chip condenser microphone using porous silicon as sacrificial layer for the air gap. Sensors and Actuators A 87 (2001), 188-193. [6] S. Hishinuma, Y. Kumai, K. Oku, D. Irokawa, E. Sugizaki, N. Watanabe, T. Ikehara, R. Maeda and Y. Nishioka: Silicon condenser microphone fabricated on SOI wafer. The International Conference on Electrical Engineering 2009, S. 1-5. [7] Kronast, W.; Mescheder, U.; Huster, R.: Stressuntersuchung und Optimierung von SOI basierten Membranen. Tagungsband Mikrosystemtechnik Kongress, Oktober 2009, Berlin, S. 590-593. [8] Xiaoyi Ding, Wen H. Ko and Joseph M. Mansour: Residual stress and mechanical properties of boron-doped p+-silicon films. Sensors and Actuators, A21-A23 (1990) 866-871.

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Gesundheit Femo Quick Set – Halbautomatisches Schnellpunktionsset für großlumige Gefäße Prof. Dr. Gerd Haimerl 1, Dipl.-Ing. Timo Störk 1, Dipl.-Ing. Andreas Dietz 1, Dipl.-Betriebswirtin Stefanie Lützow 1, Dipl.-Ing. Christoph Benk 2, Prof. Dr. Dr. h.c. Friedhelm Beyersdorf 2, M.Sc. Sven Maier 2, Uwe Heiter 3, Wolfgang Sertel 4 PROF. DR. MED. DIPL.-ING. (BA) GERD HAIMERL Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik, Studiendekan Medical Engineering. Lehrgebiete: Medizinische Gerätetechnik, Kardiotechnik, Extrakorporale Systeme, OP-Trainingssimulator Leiter „Zentrum für Angewandte Simulation“ (ZAS) der HFU, Gutachter und wissenschaftlicher Beirat der „Deutschen Gesellschaft für Kardiotechnik“, Leiter Steinbeis Transferzentrum „Technologie und Medizin“ in VillingenSchwenningen, Vorstand der „Deutschen Gesellschaft für Technische Medizin e.V.“ Tel. 07720 307 4379 hai@hs-furtwangen.de Hochschule Furtwangen, Zentrum für Angewandte Simulation 2 Universitätsklinikum Freiburg, Abteilung für Herz- und Gefäßchirurgie 3 Firma Bayer Feinwerk GmbH & Co. KG 4 SME Medizintechnik GmbH Abbildung 1: Cardiohelp – ein Extracorporeal Life Support System der Fa. Maquet [5]. Abstract “Femo Quick Set” is a portable semi-automatic puncture set for the cannulation using large vascular catheters. The puncture and the cannulation were simplified to accelerate the femoral access. This allows using a portable Extracorporeal Life Support Systems (ECLS) effectively and quickly in emergency care or intensive care units. The Centre for Applied Simulation (ZAS) performs the research project at Furtwangen University Campus Schwenningen in cooperation with the University Heart Center Freiburg and the companies Bayer Feinwerk GmbH & Co. KG and SME Medizintechnik GmbH. notfallmäßigen Einsatz eines Extracorporeal Life Support Systems (ECLS) ist der schnelle Zugang über die Leistengefäße mittels Punktion. Die Leistengefäße liegen sehr dicht nebeneinander, was eine schnelle und eindeutige Identifizierung und Punktion, vor allem bei eingeschränkten Kreislaufverhältnissen oder einem Kreislaufstillstand, sehr erschwert. Bisher müssen die Gefäße einzeln lokalisiert und mithilfe der Seldinger-Technik (siehe Abbildung 2) punktiert werden. Erst danach können die Kanülen für die extrakorporale Zirkulation eingebracht werden. Einleitung Der Einsatz von mobilen Herzlungenmaschinen als „Extracorporeal Life Support“ in Notfallsituation mit Versagen von Herz- und/oder Lungenfunktion erfordert immer kleinere, tragbare und leistungsfähigere Systeme (Beispiel siehe Abbildung 1). Patienten mit solchen kardiopulmonalen Notfallsituationen können damit auch außerhalb von herzchirurgischen Kliniken mit einem Extracorporeal Life Support System (ECLS) stabilisiert und beispielsweise per Hubschrauber zur weiteren Behandlung in Spezialkliniken zur weiteren Versorgung transportiert werden [1-4]. Die Schwierigkeiten, die sich in diesen kritischen Situationen ergeben, sind ebenso individuell wie die Patienten selbst. Eines der Hauptprobleme beim Abbildung 2: Vorgehensweise der klassischen Seldinger-Technik: Punktionskanüle einstechen, Führungsdraht einbringen, Kanüle entfernen, Gefäß aufweiten und Kanüle einführen. DIPL.-ING.(FH) ANDREAS DIETZ Technischer Leiter ZAS Labore. Akademischer Mitarbeiter der Fakultät MuV, vorher Studium der Medizintechnik. Spezialgebiete: LabVIEWProgrammierung, Geräteansteuerung, Konstruktion von Simulatorkomponenten Tel. 07720 307 9050 dan@hs-furtwangen.de

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Gesundheit Die Punktion und Kanülierung muss daher vereinfacht und somit der Zugang zu den Leistengefäßen beschleunigt werden. Dadurch können die portablen ECLS-Systeme effektiver und schneller mobil zur Notfallversorgung genutzt werden. Erreicht die Spitze der Punktionskanüle das Innere des Gefäßes, wird der Einstechvorgang gestoppt. Zur Lokalisierung des Gefäßinneren wurden verschiedene Lösungsvarianten erprobt. „Femo Quick Set“ Halbautomatisches Schnellpunktionsset für großlumige Zugänge am Beispiel der Femoralispunktion Um das komplexe Entwicklungsprojekt bewältigen zu können, wurde die Gesamtaufgabe in Teilfunktionen unterteilt, um für jede Teilfunktion Lösungsansätze und -prinzipien zu finden. Es wurden mehrere Prototypen und ein Punktionsdummy entwickelt, um die Lösungsprinzipien zu testen. DIPL.-BETRIEBSWIRTIN (BA) STEFANIE LÜTZOW Forschungskoordination ZAS (Zentrum für Angewandte Simulation) Tel. 07720 307 4714 lues@hs-furtwangen.de Ortung der Gefäße Als erster Schritt ist immer die Ortung der Gefäße (Vene und Arterie) nötig. Hierzu wurden verschiedene Verfahren untersucht, die eine Ortung ermöglichen. Abbildung 4: Prinzipskizze Einführungsmechanismus für die Kanüle. Die Kanüle wird in Pfeilrichtung vorgeschoben. Gefäßdifferenzierung Vene – Arterie Da Vene und Arterie, wie in Abbildung 5 zu sehen, nahe zusammenliegen, muss eine Differenzierung der Gefäße durchgeführt werden. Diese Unterscheidung zwischen Vene und Arterie gestaltet sich insbesondere in Notfallsituationen sehr schwierig. Hierbei kommen verschiedene physikalische Verfahren zur Verifizierung der Lage in Arterie bzw. Vene parallel zur Anwendung. Korrektes Einführen der Punktionskanüle Zur Gewährleistung der Treffsicherheit der Punktionskanüle wird diese mithilfe einer Vorrichtung am Ortungssystem verankert (siehe Abbildung 3). Das Einstechen der Punktionskanüle wird hierbei halbautomatisch unterstützt (siehe Abbildung 4). Abbildung 3: Leistenregion mit Versuchsaufbau zur Ortung der Gefäße (1. Ortungssystem mit Querverschiebung) und Einführung der Kanüle. Abbildung 5: Anatomie der Gefäße in der Leistengegend [6].

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Gesundheit Nach der erfolgreichen Punktion werden die Sensoren entfernt und der Seldinger-Draht kann durch die Punktionskanüle vorgeschoben werden. Führungsdraht einbringen Das Einbringen des Drahtes erfolgt manuell oder mit halbautomatischem Vorschub des Seldinger Drahtes. Aufweitung des Gefäßes und Vorschub der Kanüle Das Gefäß muss sanft aufgeweitet werden, um den fingerdicken Kanülen Platz zu verschaffen. Hierzu wurde ein Verfahren erprobt, welches ohne Wechsel des Dilatators auskommt. Sobald die Gefäße mit den Dilatatoren ausreichend aufgeweitet wurden, werden die arterielle und die venöse Kanüle eingeführt. Sitzen die Kanülen jeweils sicher, kann mit der extrakorporale Zirkulation begonnen werden. In Tierversuchen konnte mit diesem Verfahren das Gefäß punktiert und kanüliert werden. [2] D. Buchwald, M. Fritz, S. Hering, A. Laczkovics: Interhospitaltransport einer Patientin mit extrakorporaler Lungenunterstützung. KARDIOTECHNIK 15, 1/2006, S. 21-23. [3] A. Philipp, M. Arlt, M. Zimmermann, M. Foltan, M. Gietl, T. Müller, T. Bein, L. Rupprecht, M. Hilker, C. Schmid: Interhospitaltransfer mit extrakorporalen Perfusionssystemen. KARDIOTECHNIK 17, 1/2008, S. 8-13. [4] F. Born, U. Ammann, A. Künzli, M. Bühlmann, D. Ebneter, S. Loretan, T. Burren, R. Albrecht: Transatlantikflug mit der transportablen HerzLungen Maschine „Life Box“. KARDIOTECHNIK 3/2010, S. 65-69. [5] https://www.drf-luftrettung.de/fileadmin/03_kompetenz/medizin/Cardiohelp_480x320_72dpi.jpg [6] B. Tillmann: Atlas der Anatomie. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, Springer-Lehrbuch 2005. [7] A. Dietz, S. Maier, T. Störk, C. Benk, F. Beyersdorf, U. Heiter, W. Sertel, G. Haimerl: „Femo-Quick“ – ein Unterstützungssystem für die Kanülierung der Femoralgefäße. 40. Internationale Jahrestagung der DGfK und 3. Fokustagung Herz 11.-13.11.2011 Weimar, Zeitschrift für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie, Band 25, 10/2011, S.308-309. Danksagung Fazit In dem Projekt „FemoQuick“ wurden Konzepte zur halbautomatischen Punktion großer Gefäße und zur Einbringung von großlumigen Kanülen für die Herz- und Lungenunterstützung erarbeitet. Vorgestellt wurde FemoQuick 2011 im Rahmen der Jahrestagung der 40. Internationale Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kardiotechnik (DGfK) und 3. Fokustagung Herz [7]. KONTAKTDATEN Projektteam Hochschule Furtwangen und Uniklinik Freiburg: Prof. Dr. Dipl.-Ing. (BA) Gerd Haimerl Hochschule Furtwangen Campus Schwenningen Jakob-Kienzle-Str. 78054 Villingen-Schwenningen hai@hs-furtwangen.de www.cardiosim.de Dipl.-Ing. Christoph Benk Universitäts-Herzzentrum Freiburg Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie Abteilung Kardiotechnik Hugstetter Str. 55 79106 Freiburg Christoph.Benk@uniklinikfreiburg.de Das vorgestellte Projekt wurde unterstützt vom Land Baden-Württemberg im Rahmen der „Innovativen Projekte Baden-Württemberg“ und zusammen mit der der Uniklinik Freiburg und unseren unten genannten Partnern aus der Industrie realisiert. Projektpartner aus der Industrie Uwe Heiter, Wolfgang Breinlinger Firma Bayer Feinwerk GmbH & Co. KG Max-Planck-Str. 49 78052 Villingen-Schwenningen www.bayer-feinwerk.de Wolfgang Sertel, Andreas Mehler SME Medizintechnik GmbH Alte Straße 95 79576 Weil am Rhein www.sme-medizintechnnik.de Literatur [1] P. Feindt, C. Benk, U. Boeken, A. Bauer, U. Mehlhorn, J. Gehron, A. Markewitz, A. Beckmann, F. Beyersdorf: Einsatz einer extrakorporalen Zirkulation (EKZ) außerhalb eines herzchirurgischen Operationssaals. KARDIOTECHNIK 19, 3/2010, S. 58-60.

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Gesundheit www.bechtle.com/karriere Steinbeis Technologie.Transfer.Anwendung. Zielstrebig. Dynamisch. Leistungsstark. Steinbeis ist weltweit im konkreten, umsetzungsorientierten Wissens- und Technologietransfer aktiv. Vor 30 Jahren als Pilotprojekt von Johann Löhn aus der Hochschule Furtwangen heraus gestartet, gehören zum Steinbeis-Verbund heute rund 900 Steinbeis-Unternehmen sowie Kooperations- und Projektpartner in 50 Ländern. Das Dienstleistungsportfolio der fachlich spezialisierten Steinbeis-Unternehmen im Verbund umfasst Beratung, Forschung & Entwicklung, Aus- und Weiterbildung sowie Analysen & Expertisen für alle Management- und Technologiefelder. Ihren Sitz haben die SteinbeisUnternehmen überwiegend an Forschungseinrichtungen, Universitäten und Hochschulen, die originäre Wissensquellen für Steinbeis darstellen. An der Hochschule Furtwangen tragen heute Experten an 18 Steinbeis-Unternehmen zum praxisnahen Transfer zwischen Wissenschaft und Wirtschaft bei. Dach des Steinbeis-Verbundes ist die 1971 ins Leben gerufene Steinbeis-Stiftung, die ihren Sitz in Stuttgart hat. www.steinbeis.de Steinbeis-Stiftung Haus der Wirtschaft | Willi-Bleicher-Str. 19 | 70174 Stuttgart 118553-2012-11 Haben Sie dafür den richtigen Zugang? Es muss schon passen. Was für unsere ITLösungen gilt, ist auch für die entschlossenen Menschen dahinter entscheidend. Schließlich sind unsere über 5.800 Mitarbeiter untrennbar mit dem Erfolg von Bechtle verbunden. Von E-Commerce bis zu individuellen Systemlösungen – als einer der europaweit führenden IT-Partner haben wir in IT-Fragen die richtige Antwort. Und das wissen unsere Kunden zu schätzen. Verfügen auch Sie über die passenden Schnittstellen? Dann werden Sie am Standort Freiburg (87 Mitarbeiter w/m) oder Offenburg (27 Mitarbeiter w/m) ein Teil von Bechtle und machen Sie Ihre Begeisterung für IT zum Beruf! Zum Beispiel als Trainee im Vertrieb, im IT  Consulting oder System Engineering, mit einem Praktikum oder Ihrer Abschlussarbeit über SharePoint / Groupware / Mobility oder Networking / Unified Communications. Ihr starker IT-Partner. Heute und morgen.

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Gesundheit Erfassen der regionalen Ventilation bei Patienten mit zystischer Fibrose mittels elektrischer Impedanz-Tomographie M.Sc. Zhanqi Zhao, M.Sc. Sabine Krüger-Ziolek, Prof. Dr. Knut Möller Untersuchung liefert. Aufgrund dessen wŠre ein unschŠdliches Ersatz- oder dynamisches ErgŠnzungsverfahren fŸr den klinischen Befund und die Verlaufsbeobachtung wŸnschenswert. Abstract Cystic Þbrosis (CF) is an inherited, chronic disease of the bodyÕs mucus and sweat glands that mainly affects the lungs and the digestive system. Despite improved treatments, mean survival time of CF patients is only 37 years. Routine diagnosis tools for CF patients are either unable to assess ventilation distribution (e.g. spirometry) or even potentially harmful to the patient (e.g. computed tomography). In our pilot study, we found that the electric impedance tomography (EIT) is able to deliver both global and regional information to assess the airway obstruction in CF patients, which may be useful for long term monitoring of disease progression and short term therapeutical efÞciency. Elektrische Impedanz-Tomographie Die elektrische Impedanz-Tomographie (EIT) ist ein nichtinvasives, strahlungsfreies, funktionelles Bildgebungsverfahren, das vom Potential her eine LŸcke in der gegenwŠrtig wenig engmaschigen †berwachung der Ventilation unter dynamischen Bedingungen schlie§en kšnnte [1, 2]. Die EIT Bildgebung nutzt unterschiedliche elektrische Eigenschaften (elektrischer Wechselstromwiderstand) der verschiedenen Lungengewebe inklusive der eingeschlossenen Atemluft unter atmungsinduzierter Dehnung. So hat beispielsweise Lungengewebe eine bis zu 20fach hšhere Impedanz als Blut. Das Messprinzip beruht auf der Applikation schwacher Wechselstršme (z.B. 5 mA peak-to-peak bei 50 kHz Wechselstrom) Ÿber zwei von bis zu 16 Oberߊchenelektroden, die in gleichem Abstand um den Thorax angebracht sind. WŠhrend der rotierend vorgenommenen Stimulation hŠngen die an den benachbarten passiven ElektrodenpŠrchen gemessenen Oberߊchenspannungen von der Impedanz- (Widerstands-) Verteilung innerhalb des Thorax ab. Beispielsweise gibt es insgesamt 16×13=208 Spannungsmessungen pro Rotation der Stimulation bei 16 Elektroden. Mit einer Transfermatrix wird die Widerstandsverteilung anhand der Oberߊchenspannungen zurŸckberechnet. Je nach Rekonstruktionsmethode ist die Transfermatrix anders, wodurch die unterschiedliche QualitŠt der Ergebnisse gegeben ist (Abb. 1). Der gemessene Widerstand wird von dem intrapulmonalen Luftgehalt dominiert und als farbkodiertes Bild mit einer typischen Außšsung von 32×32 bei 16 Elektroden dargestellt. Aufgrund der hohen zeitlichen Außšsung von bis zu 40 Bildern pro Sekunde bei kommerziellen GerŠten (in experimentellen noch hšher) bietet das Verfahren die Mšglichkeit schnelle physiologische VerŠnderungen zu erfassen. M.SC. ZHANQI ZHAO Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Medizin (ITeM). Wissenschaftlicher Fokus: elektrische ImpedanzTomographie, Atemmechanik, Optimierung des positiven endexspiratorischen Drucks. Tel. 07720 307 4395 zha@hs-furtwangen.de Einleitung Die zystische Fibrose (CF) ist eine erbliche, chronische Erkrankung, bei der hauptsŠchlich die Lunge und das Verdauungssystem in ihren Funktionen beeintrŠchtigt werden. CF ist die hŠuÞgste lebensverkŸrzende, autosomal rezessiv vererbte Erkrankung unter Menschen europŠischer Herkunft. UngefŠhr 4% der europŠischen Bevšlkerung sind TrŠger einer CF Mutation. Obwohl durch verbesserte Behandlungsmethoden die †berlebenszeit von Personen mit CF deutlich auf Ÿber 37 Jahre verlŠngert werden konnte, gibt es nach wie vor keine Heilung und das Krankheitsbild verschlechtert sich zunehmend Ÿber die Dauer der Krankheit insbesondere aufgrund von Infektionen. Eine frŸhzeitige Antibiotikaapplikation und Physiotherapie kšnnen den Verlauf der Infekte positiv beeinßussen. Obwohl diagnostische Methoden wie ein Screening bei Neugeborenen, Schwei§tests oder genetische Tests CF TrŠger identiÞzieren kšnnen, muss die Computertomographie (CT) als bildgebendes Verfahren regelmŠ§ig eingesetzt werden, um Exazerbationen frŸhzeitig zu erkennen. Wiederholte Untersuchungen in kurzen ZeitabstŠnden verbieten sich jedoch aufgrund der hohen Strahlenbelastung. EinschrŠnkend kommt hinzu, dass die Computertomographie nur schnappschussartige Informationen Ÿber den regionalen Zustand der Lunge zum Zeitpunkt der M.SC. SABINE KRÜGER-ZIOLEK Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Technische Medizin (ITeM). Wissenschaftlicher Fokus: Neue Konzepte in der Ausbildung, Bodyplethysmographie, Spirometrie. Tel. 07720 307 4395 krue@hs-furtwangen.de Ergebnisse der EIT Untersuchungen Eine klinische Studie zusammen mit €rzten der Ludwig-Maximilians-UniversitŠt MŸnchen wurde

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Gesundheit Abb. 1: EIT eines Patienten mit verschiedenen Rekonstruktionsmethoden. Farbkodierungsbalken indizieren die Amplitude des relativen Impedanzwerts für jeden Pixel. Je höher der Impedanzwert ist, desto stärker ist die Ventilation. Links: Gefilterte Rückprojektion mit kreisförmigem forward Modell; Mitte: GREIT Rekonstruktionsmethode mit kreisförmigem forward Modell; Unten: GREIT mit individueller Thoraxgeometrie. (übernommen aus [3]) durchgeführt um zu prüfen, ob die regionale Ventilation bei CF Patienten mit EIT erfasst werden kann [4-7]. In der ersten EIT Studie mit CF Patienten wurde die EIT Untersuchung während des üblichen Ambulanzbesuches der Patienten parallel zur Lungenfunktionsprüfung durchgeführt. Ein großer Teil der Informationen, die mit der Lungenfunktionsprüfung erfasst wurden, z.B. das forcierte Ausatemvolumen, wurden auch mit dem EIT-Gerät gemessen (Abb. 2). Zusätzlich lieferte die EIT Informationen über die regionale Luftverteilung und Obstruktion. Ein signifikanter Unterschied von EIT hergeleiteten Parametern zwischen Lungengesunden und CF Patienten wurde aufgezeigt (Abb. 3). Das heißt, die Informationen, die sich hinter den EIT Messungen verbergen, sind möglichweise größer als die, die von Lungenfunktionsmessungen geliefert werden. Ein Vergleich der EIT Ergebnisse mit den Ergebnissen der Computertomographie ist vorgesehen. In Zukunft wird die elektrische Impedanz-Tomographie sehr wahrscheinlich zur klinischen Routine gehören, um eine Exazerbation der CF Patienten rechtzeitig zu erkennen. Abb. 2: Fluss-Volumen Kurve von einem CF Patienten, ermittelt durch Spirometrie und EIT. a, b) globale Fluss-Volumen Kurve von Spirometrie bzw. EIT. c, d) zwei lokale Fluss-Volumen Kurven von EIT. AU: arbitrary unit. (übernommen aus [4]) Zusammenfassung und Ausblick In diesem Pilot-Projekt zur Etablierung einer EITDiagnostik bei CF Patienten werden sowohl technische als auch wissenschaftliche Ziele verfolgt. In der Zukunft wird technisch die problemspezifische Optimierung der EIT untersucht, d.h. es werden Rekonstruktionsverfahren und Technik verfeinert, indem z.B. Vorwissen in der Rekonstruktion berücksichtigt wird oder eine (beschränkte) 3D-Visualisierung in Form eines Mehrschicht-EIT generiert wird. Abb. 3: Vergleich der regionalen Obstruktion eines gesunden Probanden (links) und eines CF Patienten (rechts). Die Obstruktion wird durch die Reduktion des Flusses bestimmt. Reduktionen sind blau markiert. (übernommen aus [4])

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Gesundheit Des Weiteren wird die verbesserte Datenerhebung genutzt um ebenfalls krankheitsspezifische Datenanalysen, welche die statischen und dynamischen Effekte sowie Langzeit-Verlaufsbeobachtungen umfassen, durchführen zu können. Das Ziel des Projektes ist, dass der behandelnde Arzt die mit EIT gewonnenen Information nutzen kann um die Therapie eines CF Patienten individuell zu optimieren. Danksagung Diese Arbeit wurde unterstützt vom BMBF unter dem Kennzeichen 1781X08 MOTiF-A und 01IB10002D WiM-Vent. Literaturverzeichnis [1] Zhao Z, Stahl C, Müller-Lisse U, Frerichs I and Möller K. Optimizing perioperative ventilation support with adequate settings of positive endexpiratory pressure In: Front Lines of Thoracic Surgery. Chapter 19. Edited by Nazari S: InTech 2012. [2] Vogt B, Pulletz S, Elke G, Zhao Z, Zabel P, Weiler N, Frerichs I. Spatial and temporal heterogeneity of regional lung ventilation determined by electrical impedance tomography during pulmonary function testing. J Appl Physiol 2012, 113(7):11541161. [3] Zhao Z, Pulletz S, Frerichs I, Möller K. EIT image reconstruction with individual thorax geometry. In: 8th IFAC Symposium on Biological and Medical Systems: 2012; Budapest, Hungary; 2012. [4] Zhao Z, Fischer R, Frerichs I, Müller-Lisse U and Möller K. Regional ventilation in cystic fibrosis measured by electrical impedance tomography. J Cyst Fibros. 2012; 11(5): 412-8. [5] Zhao Z, Fischer R, Müller-Lisse U, and Möller K. Regional obstruction in cystic fibrosis patients 5th International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering 2011 Wuhan, China. [6] Zhao Z, Fischer R, Müller-Lisse U, and Möller K. Ventilation inhomogeneity in cystic fibrosis patients as measured by means of electric impedance tomography. 12th International Conference in Electrical Impedance Tomography 2011 Bath, UK. [7] Zhao Z, Fischer R, Müller-Lisse U, and Möller K. Regional obstruction map with EIT in cystic fibrosis patients. BMT 2011, Freiburg, Germany.

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Gesundheit Begeisterung! Für Präzision. Für Sie. Für Kern-Liebers. Arbeiten | Studium | Aus- und Weiterbildung | Praktikum Global Player sitzen nicht irgendwo – sondern ganz in Ihrer Nähe. In Schramberg. Seit fast 125 Jahren fest verwurzelt mit der Region und ihren Menschen spielen wir heute international ganz vorne mit. Wir bewegen etwas. · Unsere Produkte sind in jedem zweiten Auto der Welt. · Unsere Sicherheitsgurt-Federn: über 3 Milliardenmal produziert. · Unsere Platinen stricken jede dritte Feinstrumpfhose der Welt. · Unsere Dimension: Verarbeitung von 2000 t Stahl pro Monat. · Unsere Mitarbeiterzahl: weltweit über 6000. · Unsere Firmengruppe: über 50 Tochter- und Beteiligungsunternehmen. Was wollen Sie bewegen? Wir suchen Nachwuchsführungskräfte, die mit uns die Herausforderungen der Zukunft meistern: Praktikum / Bachelor-/Masterthesis Lernen Sie uns im In- und Ausland kennen. Bei uns erhalten Sie einen Einblick in die Prozesse, Technologien und Abläufe eines High-Tech-Unternehmens. Spannende Themen in den kaufmännischen Bereichen, im Vertrieb, in der Produkt- und Technologieentwicklung und im Qualitätswesen warten auf die Bearbeitung durch Sie. Einstieg nach dem Studium Werden Sie Teil unseres Teams und profitieren Sie von unserem Know-how. Wir bieten eine gezielte persönliche Einarbeitung, interessante Aufgaben mit Verantwortung rund um den Globus und maßgeschneiderte Personalentwicklungsangebote. Starten Sie mit uns durch und gehen Sie den ersten Schritt in Ihre Zukunft! Hugo Kern und Liebers GmbH & Co. KG Platinen- und Federnfabrik · Personalwesen Dr.-Kurt-Steim-Straße 35 · 78713 Schramberg Telefon 07422 / 511-231 · Fax 07422 / 511-7231 ausbildung@kern-liebers.de · www.kern-liebers.de Sehen, was drin steckt mit KARL STORZ Endoskope Perspektive im internationalen Umfeld! Wir sind ein international führender Hersteller von hochwertigen Spezialprodukten der Medizintechnik. An unserem Hauptsitz in Tuttlingen sowie in mehreren Produktionsstätten, Vertriebs- und Servicegesellschaften beschäftigen wir weltweit in 38 Ländern mehr als 5.800 Mitarbeiter. Zeigen Sie uns, was in Ihnen steckt! Wir bieten kontinuierlich spannende Themen für Praktika und Abschlussarbeiten sowie interessante Stellen für Hochschulabsolventen (m/w) an. Detaillierte Informationen zu Praktika und Abschlussarbeiten sowie zu allen offenen Stellen finden Sie unter www.karlstorz.com Bitte bewerben Sie sich bevorzugt online. Haben Sie noch Fragen? Dann steht Ihnen Frau Aline Schmid gerne auch telefonisch zur Verfügung. KARL STORZ GmbH & Co. KG Personalabteilung Mittelstr. 8 78532 Tuttlingen Telefon: 07461 708-234 E-Mail: Aline.Schmid@karlstorz.com

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Gesundheit Hierarchische Modelle in der medizinischen Entscheidungsunterstützung M.Sc. Jörn Kretschmer, M.Sc. Christoph Schranz, M.Sc. Axel Riedlinger, Prof. Dr. Knut Möller 2 Hierarchische Modellsysteme 2.1 Dynamisch generierbares Gesamtsystem Ein speziell entwickeltes Framework erlaubt die dynamische Kopplung der drei Modellfamilien mit jeweils unterschiedlichen austauschbaren Detailstufen. Die Modelle interagieren dabei über eigene Parameterschnittstellen [1]. Bild 1 zeigt die definierten Schnittstellen sowie die darüber ausgetauschten Parameter. Das Atemmechanikmodell beeinflusst den Gasaustausch über das alveolare Volumen V sowie den Gasfluss . Der Gasaustausch reagiert ebenfalls auf das Herzzeitvolumen (Cardiac output – CO), das im Kreislaufmodell generiert wird. Darüber hinaus wird das Kreislaufmodell durch den im Atemmechanikmodell berechneten intrathorakalen Druck Pth beeinflusst. Das Gesamtsystem wird durch die Beatmungseinstellung Atemfrequenz fR, inspiratorischer Fluss in sowie die Atemgasfraktionen von Sauerstoff (Fi,O2) und Kohlendioxid (Fi,CO2) angetrieben. Abstract Patient-specific mathematical models effectively predict physiological processes to support therapeutic decision making directly at the bedside. A framework is used that is able to dynamically couple mathematical models from different model families. Each model family consists of sub-models with different levels of detail that are hierarchically structured according to their complexity. First, this hierarchical arrangement provides additional information for parameter identification processes to improve robustness and efficiency when individualizing a particular model. Secondly, the hierarchies of the model families form the basis of an elaborate computation scheme to reduce computation time of the overall coupled model significantly. Thus a hierarchical model structure supports fast, patient-specific and flexible simulations of patient’s reactions to therapeutic decisions. M.SC. JÖRN KRETSCHMER Akademischer Mitarbeiter am Institut für Technische Medizin (ITeM). Projekt „Wissens- und Modellbasierte Ventilation“. M.Sc. in Biomedical Engineering, Hochschule Furtwangen. Tel. 07720 3074370 krj@hs-furtwangen.de 1 Klinischer Hintergrund Mathematische Modelle ermöglichen Simulationen von physiologischen Vorgängen im menschlichen Körper. Diese Simulationen dienen der Diagnostik und der Automatisierung von Therapien direkt am Krankenbett. Modellbasierte Vorhersagen der eingeschlagenen Therapie verlangen dabei eine individuelle Anpassung der Modelle an den Patienten. Je nach Krankheitsbild muss dann dafür ein Modell mit entsprechendem Fokus aus einer Modellbiblio thek gewählt und individualisiert werden. Eine hierarchische Ordnung dieser Modellbibliotheken vereinfacht dabei die Anpassung des Modells an die patientenspezifischen Eigenschaften und bietet Möglichkeiten zur Reduzierung des Rechenaufwands bei der Simulation. Die Vorteile von hierarchischen Modellstrukturen werden am Beispiel der modellbasierten künstlichen Beatmung gezeigt. Die Modellbibliothek beinhaltet verschiedene, hierarchisch geordnete Modelle der Atemmechanik, des Gasaustauschs und der kardiovaskulären Dynamik. M.SC. CHRISTOPH SCHRANZ Akademischer Mitarbeiter am Institut für Technische Medizin (ITeM). Projekt „Lungenprotektive Beatmung“. M.Sc. in Biomedical Engineering, Hochschule Furtwangen. Tel. 07720 3074395 scc@hs-furtwangen.de Bild 1: Zur Interaktion der Modellfamilien definierte Parameterschnittstellen. Die Anpassung der ausgewählten Modelle an den Patienten mit den am Krankenbett begrenzt verfügbaren Daten wird mit erhöhter Modellkomplexität aufwändiger. Daher muss zuerst sichergestellt sein, dass die verwendeten Modelle a-priori identifizierbar sind. Das heißt, die verfügbaren Signale lassen eine eindeutige Modellidentifikation zu. In der Individualisierung liefern dann einfachere Modelle der hierarchischen Struktur wichtige Informationen zur robusten und effizienten Identifizierung von komplexeren Modellen [2]. 2.2 Hierarchische Anordnung der Atemmechanikmodelle Die hierarchische Modellstruktur der Atemmechanik ist mit dem jeweils verwendeten Individualisierungsverfahren in Bild 2 dargestellt. An der Spitze

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Gesundheit M.SC. AXEL RIEDLINGER Akademischer Mitarbeiter am Institut für Technische Medizin (ITeM). Projekt „Wissens- und Modellbasierte Ventilation“. M.Sc. in Biomedical Engineering, Hochschule Furtwangen. Tel. 07720 307 4370 rix@hs-furtwangen.de Bild 2: Hierarchische Modellstruktur mit entsprechenden Identifizierungsalgorithmen von Atemmechanik-Modellen. Die Modellkomplexität, die Anzahl Parameter, nimmt von oben nach unten zu. Für gradientenbasierte Parameter-Identifizierung liefern vorhergegangene Modellidentifikationen einfacherer Modelle wichtige Informationen (rote Pfeile) zur Startwertsetzung. steht das grundlegende Atemmechanikmodell 1. Ordnung (FOM – 1st Order Model). In der darunterliegenden hierarchischen Ebene befinden sich Modelle 2. Ordnung (SOM – 2nd Order Models) und nichtlineare krankheitsspezifische Modelle, hier ein Rekrutierungsmodell (PRM). Dieses Rekrutierungsmodell wurde eigens für Patienten mit Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) entwickelt [3]. Die unterste Ebene enthält komplexe Kombinationen von Modellen der mittleren Ebene. Das PRVEM in Bild 2 ist ein nichtlineares Modell 2. Ordnung. Es ermöglicht die Erfassung statischer und dynamischer Effekte und ist daher in der Lage verschiedene Beatmungsformen mit höchster Genauigkeit zu simulieren [4]. Für die Modelle der ersten beiden Ebenen konnte a-priori Identifizierbarkeit gezeigt und modellspezifische Identifizierungsalgorithmen entwickelt werden. So können das FOM über multiple lineare Regression (MLR) und die SOM über die iterative integralbasierte Methode völlig robust und frei von der Startwertproblematik identifiziert werden [5]. Das Rekrutierungsmodell und das PRVEM (viscoelastic pressure-dependent recruitment model) müssen aufgrund ihrer Nichtlinearität mittels Gradientenverfahren identifiziert werden. Wichtige Informationen zur Festsetzung von optimalen Startwerten liefert dabei eine vorhergegangene Identifizierung der Modelle der hierarchisch höheren Ebenen (Bild 2). 2.3 Hierarchische Anordnung der Gasaustauschmodelle Gasaustausch-Modelle beschreiben Konzentration und Verteilung von Sauerstoff (O2) und Kohlenstoffdioxid (CO2) innerhalb der Lunge sowie des Blutkreislaufs mit Hilfe von Messwerten aus dem Patientenmonitoring. Je nach Komplexität des Modells werden zur Patientenanpassung unterschiedlich viele Informationen benötigt. Die trivialste Modellvorstellung des pulmonalen Gasaustauschs geht von einem einzigen belüfteten und durchbluteten Lungenkompartiment aus. Ein

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Gesundheit Bild 3: Hierarchische Modellstruktur der Modellfamilie Gasaustausch. Die Modellkomplexität, d.h. die Anzahl Parameter, nimmt von oben nach unten zu. so genannter Shunt beschreibt den Teil der Lunge, der durchblutet aber nicht belüftet ist, sodass dort auch kein Gasaustausch stattfinden kann und sich dessen gemischt-venöses Blut mit dem sauerstoffreichen Blut aus dem Lungenkompartiment zum arteriellen Blut vermischt. Im Gewebekompartiment, das Hirn- und Körperkreislauf zusammenfasst, findet anschließend der Körpergasaustausch statt, bei dem O2 verbraucht und CO2 produziert wird. In den weiteren Stufen kann das Modell zur realitätsnahen Beschreibung des Lungengasaustauschs ausgebaut werden, indem von zwei oder mehr voneinander getrennten Lungenkompartimenten mit jeweils unterschiedlich großen Belüftungs- und Durchblutungsanteilen (V/Q-mismatch) ausgegangen wird [1, 6]. Die Durchblutungsverteilung wird in einer vereinfachten Version noch als statisch angesehen und kann in einer weiteren Ausbaustufe als variabel angenommen werden. Ein erster Ansatz zur Identifizierung der Parameter nutzt die triviale Modellvorstellung zur Abschätzung des maximalen Shunts. Dies erlaubt die Begrenzung dieses Parameters bei der folgenden Bestimmung der Blut- und Belüftungsverteilung in den komplexeren Modellvarianten. Bild 3 zeigt die hierarchische Anordnung der implementierten Gasaustausch-Modelle. 2.4 Hierarchische Berechnung des Gesamtsystems Das Gesamtsystem weist je nach Modellkombination hohe Dynamikunterschiede auf. Die eingesetzten Lösungsalgorithmen passen daher nicht optimal zu allen vorliegenden Modelldynamiken. Eine getrennte Berechnung der Einzelmodelle durch individuelle Solver sollte zu einer Verbesserung der Rechenzeit führen. Dadurch ist eine direkte Interaktion der Einzelmodelle jedoch nicht mehr durchführbar. Die hierarchische Ordnung der Modellbibliotheken erlaubt eine getrennte Berechnung der Einzelmodelle, indem die nun fehlenden Schnittstellensignale durch Abschätzungen ersetzt werden [7]. Diese Abschätzungen werden durch einfacherere Modelle in der Hierarchie berechnet; durch schrittweise Erhöhung der Modellkomplexität lassen sich diese Abschätzungen weiter verbessern. Bild 4a zeigt eine beispielhafte Modellkombination, in der die Einzelmodelle gekoppelt sind und damit direkt interagieren. Bild 4b zeigt den Ablauf der entkoppelten Berechnung. Hier werden zuerst sehr einfache Modelle Bild 4: Gekoppelte und entkoppelte Berechnung des Gesamtmodells. a) Die gewählte Modellkombination interagiert direkt (gekoppelte Berechnung). b) Die Modelle werden einzeln berechnet (entkoppelte Berechnung). Die fehlenden Schnittstellensignale werden mit Hilfe einfacher Modelle berechnet. In jedem Rechenschritt erhöht sich die Modellkomplexität und verbessert damit die Abschätzung der Schnittstellensignale.

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Gesundheit genutzt, um eine Abschätzung der Schnittstellensignale durchzuführen. Mit jedem Rechenschritt erhöht sich die Modellkomplexität, was in der Güte der Schnittstellenschätzung sichtbar wird. Referenzen [1] J. Kretschmer, A. Wahl, and K. Möller, „Dynamically Generated Models for Medical Decision Support Systems“, Comput Biol Med., vol. 41, pp. 899-907, 2011. [2] C. Schranz, C. Knöbel, J. Kretschmer, Z. Zhao, and K. Möller, „Hierarchical Parameter Identification in Models of Respiratory Mechanics“, IEEE Trans Biomed Eng., vol. 58 (11), pp. 3234-3241, 2011. [3] C. Schranz, P. D. Docherty, Y. S. Chiew, J. G. Chase, and K. Möller, „Structural identifiability and practical applicability of an alveolar recruitment model for ARDS patients“, IEEE Trans Biomed Eng., vol. (in press) 2012. [4] C. Schranz and K. Möller, „Inverse Modeling Supports Quantification of Pressure and Time Depending Effects in ARDS Patients“, in Engineering in Medicine and Biology Society, EMBC, 2011 Annual International Conference of the IEEE, (Boston, MA, USA, 2011), pp. 1013-1016, 2011. [5] C. Schranz, P. D. Docherty, Y. S. Chiew, K. Möller, and J. G. Chase, „Iterative Integral Parameter Identification of a Respiratory Mechanics Model“, Biomed Eng Online, vol. 11 (38) 18.07.2012. [6] D. S. Karbing, S. Kjaergaard, S. Andreassen, K. Espersen, and S. E. Rees, „Minimal model quantification of pulmonary gas exchange in intensive care patients“, Med Eng Phys, vol. 33 (2), pp. 240-8, Mar 2011. [7] J. Kretschmer, C. Knöbel, J. Wingender, and K. Möller, „Iterative computing of decoupled interacting models“, in: World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, M. Long, Ed., (Springer, Beijing, China, 2012), vol. 39, pp. 2146–9, 2012. 3 Diskussion der Ergebnisse Der hierarchische Ansatz zur Parameteridentifizierung von Atemmechanik-Modellen führt zu maximaler Robustheit und zur erhöhten Effizienz gegenüber der üblich verwendeten Methodik [2]. Das in die Hierarchie eingebundene Rekrutierungsmodell (PRM) ist in der Lage, die an ARDS Patienten gemessenen Daten mit hoher Genauigkeit zu simulieren und bietet modellgestützten Einblick in die Rekrutierungsmechanismen der Lunge [3]. Die vorgestellte Modellhierarchie der Modellfamilie Gasaustausch erlaubte im ersten Modell eine Abschätzung des Shunts aus einem minimalen Datensatz. Diese Information konnte genutzt werden, um die Robustheit der Identifzierung des V/Q-mismatches im zweiten Modell zu erhöhen. Die im vorgestellten Framework gekoppelten Modelle verhalten sich physiologisch plausibel und erlauben eine einfache Simulation verschiedener Interaktionen physiologischer Prozesse. Die entkoppelte Berechnung wurde in einem Testsystem mit zwei verschiedenen Komplexitätsstufen getestet. Dabei war die maximal auftretende Abweichung im Vergleich zur gekoppelten Berechnung stets kleiner als 1.5%. Wurde die Berechnung der zweiten Komplexitätsstufe weiter iteriert, konnte die Abweichung noch verringert werden. Die durch die Entkopplung ermöglichte individuelle Berechnung der Einzelmodelle führte zu einer Verringerung der Rechenzeit um Faktor 34. Danksagung Diese Forschung wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (WiM-Vent, Grant 01IB10002D) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (PAR, Grant MO 579/1-2) unterstützt.

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Gesundheit Aufbau eines aktiven mechanischen Lungensimulators B.Sc. Christian Knöbel, M.Sc. Thu Nguyen, Prof. Dr. Knut Möller Abstract For adapting mechanical ventilation to the physiological conditions of the patient’s lung it is necessary to implement intelligent and adaptive therapy regimes. To test these algorithms, lung simulators are used. Two approaches are therefore currently developed. The first one relies on a pure software simulation of the patient’s lung running a mathematical model. The reaction of the lung to certain settings of a simulated ventilator can be simulated. The second approach consists of a mechanical cylinder-piston-system that is driven by a linear motor. By moving the piston inside the cylinder the volume of the simulated lung can be changed and physiological properties can be modeled. By comparing the simulation results of both systems the quality of the therapy algorithms can be evaluated. B.SC. CHRISTIAN KNÖBEL Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Medizin (ITeM). Seit 2011 Masterstudium Biomedical Engineering. Forschungsschwerpunkte: Lungensimulator, Modellbildung, System Identifikation. Tel. 07720 307 4395 kch@hs-furtwangen.de den die Parameter der Maschine so angepasst, dass sie optimal zu den physiologischen Gegebenheiten der Lunge (Volumendehnbarkeit, Volumen, Widerstand) passen. Diese Einstellungen erfolgen auf Basis mathematischer Modelle [1, 2]. Um diese modellbasierten Therapieformen und Parametereinstellungen gefahrlos und möglichst flexibel testen zu können, ist man auf Lungensimulatoren angewiesen. Sie müssen in der Lage sein, physiologische Eigenschaften einer gesunden oder kranken Lunge möglichst realitätsnah nachzubilden. Für die Modellierung von Atemmechanik und Gasaustauschprozessen werden derzeit zwei Ansätze verfolgt. Zum einen eine reine Softwaresimulation und zum anderen eine mechanische Lungensimulation. Softwaresimulation – Konzept Die Softwaresimulation basiert auf einem mathematischen Patientenmodell, das in der Lage ist, physiologische Zusammenhänge wie Gasaustausch und Atemmechanik darzustellen. Das Gesamtmodell besteht aus Untermodellen (sogenannten Modellfamilien) für Herz-Kreislauf, Gasaustausch und Atemmechanik, die über Schnittstellen Parametersätze untereinander austauschen und so interagieren. Die Modularität dieses Ansatzes erlaubt es, Modelle unterschiedlicher Komplexität zu einem Gesamtsystem zusammen zu setzen. Einleitung Um bei der maschinellen Beatmung eines Patienten einen bestmöglichen Kompromiss zwischen Nutzen für den Patienten und Schädigung der Lunge zu finden, ist die Individualisierung der entsprechenden Beatmungseinstellungen unumgänglich. Hierbei werM.SC. THU NGUYEN Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Technische Medizin (ITeM). Vorher Masterstudium Biomedical Engineering an der HFU und Masterstudium Nachrichtentechnik an der Universität Ulm. Forschungsschwerpunkte: Lungensimulation, AndroidProgrammierung. Tel. 07720 307 4758 thu.nguyen@hs-furtwangen.de Abbildung 1: Benutzeroberfläche der Parametereingabe des Android-Programms und Simulationsergebnisse.

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Gesundheit Softwaresimulation – Implementierung Da mathematische Lungenmodelle als Eingangsgröße nur vom applizierten Fluss der Beatmungsmaschine und deren Einstellungen abhängen, können sie unabhängig von anderen Modellfamilien simuliert werden. Hierzu wurde das Lungenmodell zunächst in Matlab implementiert und mit der Simulation eines Beatmungsgerätes gekoppelt. So kann das Modell mit verschieden Beatmungsformen (z.B. SIMV, BiPAP) als Eingangsgröße simuliert werden. Die Parameter des Lungenmodells können dahingehend verändert werden, dass krankhafte Veränderungen wie „chronic obstructive pulmonary disease“ (COPD) oder „acute respiratory distress syndrome“ (ARDS) ebenfalls abgebildet werden können. Da die Lungensimulation auch im klinischen Alltag direkt am Patientenbett eingesetzt werden soll, wurde das Modellsystem sowie die nötigen Solver und Funktionen auf eine Android Plattform portiert. Dies ermöglicht die Ausführung der Berechnungen auf einem Tablet-PC oder Smartphone mit Android-OS. Das implementierte Programm erlaubt es, Beatmungssettings vorzugeben und die Simulationsergebnisse direkt auf dem Bildschirm auszugeben (Abbildung 1). Um abschätzen zu können, wie gut die Simulationsergebnisse auf portablen Geräten sind, wurden die berechneten Daten mit denen der Matlab-Simulation verglichen (ca. 0,1% Absolutwertabweichung). Mechanischer Simulator – Konzept Auf Seiten der mechanischen Lungensimulatoren unterscheidet man aktive und passive Systeme. Passive Lungensimulatoren bestehen aus einer Art Ballon mit einer Kunststoffummantelung, die vom Beatmungsgerät „aufgeblasen“ werden. Der große Nachteil dieser Systeme besteht darin, dass sich mit ihnen nicht jedes beliebige Lungenverhalten nachbilden lässt und man nur schwer Rückschlüsse auf physiologisch reale Werte ziehen kann. Aktive Simulatoren (meist über Motoren angetrieben) erlauben es hingegen, unterschiedliche Volumendehnbarkeiten und Krankheitsbilder zu simulieren. Auf dem Markt befindliche Systeme bestehen entweder aus Membranelementen oder Zylinder-Kolben-Systemen, bei denen der Motor einen Zylinder in einem Kolben bewegt und so die Einstellung verschiedener Volumina ermöglicht. Abbildung 2: Systemevolution des Lungensimulators (erster Ansatz [3], zweiter Ansatz [9], aktuelles System [8]). Abbildung 3: Rollmembranprinzip (Rollmembranen sind blau dargestellt), Stabilisierungsdruck p1 > p2 [6].

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Gesundheit Mechanischer Simulator – Aufbau Im Zuge verschiedener Thesis- und Projektarbeiten wurde bereits ein aktiver Lungensimulator entwickelt, der aus einem linearmotorbetriebenen Zylinder-Kolben-System besteht (siehe Forschungsbericht 10/11 und [3]). Die Abdichtung zwischen Zylinderwand und beweglichem Kolben erfolgte bei diesem ersten Ansatz mit Hilfen von O-Ringen. Da diese Lösung zu hohe interne Reibungen aufwies, wurde ein neues System entwickelt, das auf Rollmembranen als dichtendes Element zwischen Kolben und Zylinder basiert (Abbildung 2) [4, 5, 8, 9]. Die Stabilisierung und Führung dieser Rollmembranen erfolgt mit Luftdruck. Der Druck wird innerhalb der Rollmembran appliziert und liegt über dem maximalen Druck, den das Beatmungsgerät aufbringen kann sowie über dem atmosphärischen Druck (Abbildung 3). Dies erhöht zum einen die Dichtigkeit während einer Linearbewegung und zum anderen wird zuverlässig verhindert, dass die Membranen knicken/klemmen und so den gesamten Kolben blockieren können. Als Antrieb wird ein elektromagnetischer Linearmotor verwendet, der über ein Gestänge mit dem Kolben verbunden ist. Dies hat eine hohe Steifigkeit zur Folge und vermeidet ungewolltes Totzeitverhalten durch Getriebe oder ähnliches. Da der Motor ebenfalls geringe interne Reibungen besitzt, konnte die Gesamtreibung soweit reduziert werden, dass Kolben und Motor allein durch das Beatmungsgerät und ohne Motorkraft bewegt werden können. Mechanischer Simulator – Steuerung Die Steuerung und Regelung des Motors erfolgt mit einem State-Machine Konzept, das in LabVIEW (National Instruments NI) implementiert wurde. Dieses hocheffiziente Design ermöglicht eine ressourcenschonende und schnelle Abarbeitung der Mess-, Kommunikations- und Regelaufgaben. Alle relevanten Daten (Druck, Fluss, Motorposition…) werden mit einem NI-cRIO-FPGA-Echtzeitsystem (Field Programmable Gate Array) erfasst und mit LabVIEW verarbeitet (Abbildung 4). Die Regelung der Motorposition und Geschwindigkeit erfolgt ebenfalls in Echtzeit und mit Hilfe mathematischer, hierarchischer Lungenmodelle. Über die Verfahrgeschwindigkeit des Kolbens kann die Dehnbarkeit der Lunge entsprechend den Vorgaben dieser mathematischen Modelle simuliert werden. Die Hauptschwierigkeit besteht regelungstechnisch darin, den Motor so zu verfahren, dass keine Druckeinbrüche durch zu schnelles oder zu weites Fahren entstehen und das Beatmungsgerät seinerseits dagegen regelt. Zusammenfassung Beide vorgestellten Ansätze erlauben das Testen von neuen Therapieregimen an zwei unterschiedlichen Systemen. Sind die Ergebnisse konsistent und physiologisch sinnvoll, kann am Patienten getestet werden. So können wichtige Aspekte der modellbasierten Beatmung wie Systemidentifikation, Regelung der Beatmungsparameter und deren Auswirkungen flexibel und gefahrlos erprobt werden. Die Implementierung dieser Modelle auf einem Android Device erlaubt das Simulieren des Beatmungsverlaufs noch am Patientenbett und dem behandelnden Arzt dadurch eine Abschätzung des Therapieerfolgs und -verlaufs. Abbildung 4: Prinzipieller Systemaufbau bestehend aus Motor und Drive, NI-cRIO Echtzeitsystem, PC mit NI-LabView und dem Beatmungsgerät.

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Gesundheit Abbildung 5: Erweitertes Lungensimulatorkonzept [7]. Ausblick – Software Simulation Trotz bisher guter Ergebnisse mit der Android-Simulation ist die Berechnungsgeschwindigkeit der Modelle noch nicht hoch genug, um sie im klinischen Alltag einsetzen zu können. Es besteht also noch Optimierungsbedarf hinsichtlich der Berechnungsalgorithmen und der verwendeten Modelle. [2] Ausblick – mechanischer Simulator Da die Dynamik einer Einheit, bestehend aus Motor, Kolben und Zylinder nur grundlegende Atemmechanikvorgänge nachbilden kann, sollen mehrere verschiedene Einheiten zu einem größeren Gesamtsystem höherer Ordnung kombiniert werden. Kleinvolumige und sehr schnelle Einheiten können so Husten, Niesen und Herzschlageinflüsse simulieren wohingegen großvolumige Einheiten Änderungen des Residualvolumens nachbilden sollen (Abbildung 5). Das Gesamtsystem ist dann in der Lage, relevante Einflüsse und Dynamiken der Atemmechanik kontrolliert nachzubilden [7]. [6] [7] Literatur [1] J. Kretschmer, A. Wahl, and K. Möller: Dynamically generated models for medical decision [8] [9] support systems, Comput Biol Med., vol. 41, pp. 899-907, 2011. S. Lozano, K. Möller, A. Brendle, D. Gottlieb, S. Schumann, C. A. Stahl, and J. Guttmann: AUTOPILOT-BT: A system for knowledge and model based mechanical ventilation, Technol Health Care., vol. 16 (1), pp. 1-11, 2008. J. Arntz, M. Schneider, J. Guttmann, and K. Möller: Entwicklung eines aktiven Lungensimulators, Biomed Tech., vol. 55 (Suppl. 1) 2010. N. Gut, J. Kretschmer, G. Vanyi, Z. Zhao, H. Zhu, and K. Möller: Design of a mechanical lung simulator. A concept study, in 6th International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering (iCBBE), (IEEE, Shanghai, China, 2012), vol. 4, pp. 767-70, 2012. G. Vanyi, N. Gut, J. Kretschmer, and K. Möller: Concept Study of a Nonlinear Mechanical Lung Simulator, in 8th IFAC Symposium on Biological and Medical Systems, (Budapest, Hungary, 2012), 2012. simrit. (2012, 25. Oktober). Available: www.simrit.de. S. Shamray, M. Dekold and L. Mirica: Forschungspraktikum – Lung simulator: Implementation of physiologically motivated hardware extensions, Hochschule Furtwangen, 2012. P. Bauer, S. Schmidt: Studienarbeit – Konstruktion eines Lungensimulators, Hochschule Furtwangen, 2011. M. Jugl, C. Schmidt: Studienarbeit – Lungensimulator, Hochschule Furtwangen, 2010.

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Gesundheit Robuste Schätzung von Aufenthaltsdauer und Kosten für Patienten auf Intensivstationen Prof. Dr. Matthias Kohl, M.Sc. Daria Pupashenko Abstract Project „Robust Risk Estimation“ funded by VolkswagenStiftung aims at theoretical foundation, development and application of robust procedures for risk management of complex systems in the presence of extreme events; i.e., identification, quantification, prediction and control of these risks. In the HFU part we consider length of stay (LOS) and cost in intensive care of a university clinic. Our main goal is to find regression models robustly predicting LOS and cost. For developing such models available implementations have to be optimized in speed and adapted to asymmetric error distributions (e.g., Weibull or Gumbel). Incorporating explanatory variables in regression models also poses the questions of (robust) model selection and validation. PROF. DR. MATTHIAS KOHL Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik Lehrgebiete: Biostatistik, Bioinformatik, Statistiksoftware, Biomarker Entwicklung und Validierung, Molekulare Diagnostik, Data Mining. Tel. 07720 307 4746 kohl@hs-furtwangen.de Abb. 1: Histogramm der Aufenthaltsdauer (LOS) von 1134 Sepsispatienten auf der Intensivstation (ITS). Deutlich zu sehen ist eine Reihe von Patienten mit einer sehr langen und zum Teil extremen Aufenthaltsdauer. Einleitung Das seit Juli 2011 von der VW Stiftung geförderte Projekt „Robust Risk Estimation” beschäftigt sich mit theoretischen Grundlagen, Entwicklung und Anwendung von robusten Methoden im Risikomanagement komplexer Systeme bei extremen Ereignissen. Es umfasst Anwendungen im Bereich Finanzmathematik (Operationelle Risiken), Medizin (Aufenthaltsdauer und Kosten) und Hydrologie (Fluss-Ablaufdaten). Im Projekt arbeiten Mathematiker des Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) in Kaiserslautern, der TU Kaiserslautern und der Universität für Bodenkultur Wien mit. Im HFU Teil des Projekts werden klinische Daten zu Aufenthaltsdauer (length of stay, kurz: LOS) und Kosten analysiert. Seit 2004 werden Patienten in Deutschland in Diagnosis Related Groups (DRGs) klassifiziert und die Krankenhäuser entsprechend mit Fallpauschalen bezahlt. Dadurch ist es für Krankenhausverwaltungen ebenso wie für das gesamte Gesundheitssystem wichtig, die Dauer und Kosten von Aufenthalten zwischen Stationen, Kliniken und Klassifikationsschemata vergleichen zu können. Ein Problem ist hier das Vorliegen von Ausreißern in den Krankenhausdaten; siehe Abb. 1. M.SC. DARIA PUPASHENKO Wiss. Mitarbeiterin im Projekt. Master in Mathematik (Kyiv National University 2010 und TU Kaiserslautern 2011). Fokus: Robuste Schätzung in generalisiert linearen Modellen mit asymmetrischen Fehlern und deren Anwendung in der Extremwertstatistik. pud@hs-furtwangen.de. Diese Ausreißer können verschiedene Ursachen haben. Möglichkeiten sind: Kodierungsfehler, schlechte Klassifikation oder andere unbekannte Quellen. Allgemein sind Ausreißer untypische Fälle, die durch spezielle Komplikationen ausgelöst werden, die nicht von den DRGs abgedeckt sind und oftmals zu extrem langen Aufenthalten und hohen Kosten führen [1]. Insbesondere die Kosten sind stark von den extremen Fällen betroffen, welche für eine korrekte Vorhersage aber nicht als Ausreißer, sondern als Bestandteil der Gruppe modelliert werden müssen. Das Hauptziel des Projektes ist es, Regressionsmodelle zu finden, welche die Aufenthaltsdauer auf Intensivstationen und die resultierenden Kosten auch bei vorliegenden extremen Fällen robust, d.h. verlässlich im statistischen Sinn, schätzen. Darstellung der Methoden Die Implementation der robusten Regressionsmodelle erfolgt im Rahmen von Erweiterungspaketen für die Statistiksoftware R [2]. Es müssen die vorhandenen Implementierungen (R-Pakete ROptRegTS [3] und RobRex [4]) hinsichtlich Geschwindigkeit optimiert und um asymmetrische Fehlerverteilungen (z.B. Weibull oder Gumbel) erweitert werden. Für die Geschwindigkeitsoptimierung kommen Ideen aus den R-Paketen RobLox [5] und RobLoxBioC [6] zum Einsatz. So werden etwa die für die optimal-robusten Verfahren zu berechnenden Lagrange Multiplikatoren offline auf einem Gitter ausgewertet und abgespeichert und können anschließend zur Laufzeit mittels Interpolationsverfahren sehr schnell bestimmt werden.

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Gesundheit Für die Entwicklung der Regressionsmodelle besteht eine Kooperation mit dem Integrierten Forschungsund Behandlungszentrum (IFB) Sepsis und Sepsisfolgen (Center for Sepsis Control and Care, kurz: CSCC) des Universitätsklinikums Jena, die einen Zugriff auf Daten der interdisziplinären Intensivstationen der Klinik für Anästhesiologie und Intensivtherapie (KAI) des Universitätsklinikums Jena ermöglicht. Bereits seit den 1990ziger Jahren wird dort das Patienten-DatenManagement-System (PDMS) COPRA eingesetzt und alle relevanten Vitalparameter, Diagnosen, Laborergebnisse, Medikationen, Aufenthaltsdauer und vieles mehr für jeden Intensivpatienten gespeichert. Die Vielzahl an zur Verfügung stehenden Parametern macht es nötig, zusätzlich Methoden der Modellwahl und Modellvalidierung zu verwenden. Für die Modellwahl werden sowohl Verfahren der Dimensionsreduktion (z.B. Hauptkomponentenanalyse) also auch Kriterien wie AIC (Akaike Information Criterion), BIC (Bayesian information criterion) oder Cp von Mallows, insbesondere deren robuste Varianten, herangezogen. Für die Modellvalidierung kommen Kreuzvalidierung (cross-validation) und Bootstrap zum Einsatz. Ergebnisse Ein erstes Ergebnis des Projekts ist das neu entwickelte R-Paket RobExtremes [7], welches Implementationen von Extremwertverteilungen, neu entwickelten robusten Schätzern und diagnostischen Plots (siehe Abb. 2-4) enthält. Abb. 3: Diagnostische Plots der sogenannten Influenzkurven (IC), die den Einfluss einer einzelnen Beobachtung auf das Schätzergebnis zeigen, inklusive der beobachteten LOS-Werte (symbolisiert durch Kreise). Die IC des Maximum-Likelihood-Schätzers ist unbeschränkt, so dass extreme Werte einen unbeschränkten Einfluss auf den Schätzer haben. Im Unterschied dazu ist der Einfluss extremer Werte auf den robusten Schätzer beschränkt, da seine IC beschränkt ist. Im vorliegenden Fall ist der Einfluss der extremen Fälle auf den Maximum-LikelihoodSchätzer nicht wesentlich größer als ihr beschränkter Einfluss auf den robusten Schätzer. Dies ist ein Grund für die sehr ähnlichen Schätzergebnisse (vgl. Abb. 2). Abb. 2: Es wurde die verallgemeinerte Extremwertverteilung an die Daten aus Abb. 1 angepasst (einfaches parametrisches Modell, kein Regressionsmodell). Im vorliegenden Fall ist der Anteil der extremen Fälle gering (vgl. Abb. 4) und die extremen Fälle sind zudem zu wenig extrem (vgl. Abb. 3), so dass der Maximum-Likelihood-Schätzer und der robuste Schätzer sehr ähnliche Ergebnisse liefern. Abb. 4: Diagnostischer Plot zur Identifikation von Ausreißern in den Daten. Auf der x-Achse sind die theoretisch zu erwartenden Quantile abgetragen (log-Skala), auf der y-Achse die Mahalanobis-Distanz unter Verwendung einer robusten Schätzung für die Kovarianz (Minimum Covariance Determinant). Es werden lediglich zehn der 1134 Beobachtungen (LOS >= 99 Tage) als auffällig klassifiziert, was einem Anteil von weniger als 1% entspricht. Dies ist ein weiterer Grund für die sehr ähnlichen Schätzergebnisse (vgl. Abb. 2).

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Gesundheit Zur Reduktion der Rechenzeiten wird im Paket RobExtremes auch die Speicherung von Lagrange Multiplikatoren eingesetzt. Der Zweck des Paketes ist es, effiziente Verfahren für die Simulation und die robuste Vorhersage von extremen Ereignissen zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus dient es als Basis für die robusten Regressionsmodelle. Literaturverzeichnis [1] Felder, S. (2009). The variance of length of stay and the optimal DRG outlier payments. International Journal of Health Care Finance and Economics, 9(3): 279-289. [2] R Core Team (2012). R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. [3] Kohl, M., and Ruckdeschel, P. (2010). ROptRegTS: Optimally robust estimation for regression-type models. R package version 0.8. [4] Kohl, M. (2010). RobRex: Optimally robust influence curves for regression and scale. R package version 0.8. [5] Kohl, M. (2012). RobLox: Optimally robust influence curves and estimators for location and scale. R package version 0.8.2. [6] Kohl, M., and Deigner, H.P. (2010). Preprocessing of gene expression data by optimally robust estimators. BMC Bioinformatics, 11:583. [7] Ruckdeschel, P., Kohl, M., and Horbenko, N. (2012). RobExtremes: Optimally robust estimation for extreme value distributions. R package version 0.9. Ausblick Die robusten Regressionsmodelle werden in das noch zu entwickelnde R-Paket ROptReg integriert werden, welches eine Weiterentwicklung des Paketes ROptRegTS für Regressionsmodelle darstellt. Anschließend können auf der Basis der PDMS-Daten der KAI und in Zusammenarbeit mit dem CSCC robuste Vorhersagemodelle für die Aufenthaltsdauer und die daraus entstehenden Kosten entwickelt und validiert werden.

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tar We s all t here he ot urre ers s nder! Gesundheit Für unser Team gibt es keine Probleme, nur Herausforderungen. Jeden Tag wachsen wir daran und schaffen Innovationen die weltweites Ansehen finden. Unser Team besteht aus Spezialisten die Lösungen erarbeiten an denen andere Firmen scheitern. Wir entwickeln und fertigen kunden- und anwendungsspezifische Messsysteme auf Basis der Sensortelemetrie. Die Sensortelemetrie an sich ist ein Prinzip der berührungslosen Energie- und Datenübertragung. Übertragen wird mittels eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes, bilateral. Diese Technik wird eingesetzt um Daten aus rotierenden Systemen ins starre System zu übertragen. Anwendungsbeispiele für den Einsatz unserer Telemetrie sind: Rennsport - Hubschrauber - Turbinen - Turbolader - Gelenk- und Antriebswellen von Automobilen - Windkraftanlagen - Prüfstandbau Wir agieren seit mehr als 20 Jahren im High-Tech Sektor der Forschung und Entwicklung und befinden uns in der Nische zwischen dem Maschinenbau und der Elektrotechnik. Um nur einige unserer Kunden zu nennen: Was bedeutet das für unsere Mitarbeiter und deren Aufgabenfelder? Erfassen der Messaufgabe Übersetzen in Randbedingungen für unser System Die Anfertigung von kompletten Messsystemen - Zusammenspiel aus Neuentwicklung und Standardmodulen abstimmen. Fehlersuche auf Bauteilebene ist unser täglich Brot, da auch an Standardmodulen Veränderungen vorgenommen werden um diese an die Messaufgabe des Kunden anzupassen. Unser kontinuierlich wachsende Firma ist stets auf der Suche nach neuen Mitarbeitern. Haben wir Ihr Interesse geweckt? 45 Weitere Informationen finden Sie auf unserer Homepage www.sensortelemetrie.de

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Gesundheit Lifelogging – Einsatz digitaler Selbst-Monitoring-Technologien als interdisziplinäres Forschungsfeld Prof. Dr. Stefan Selke in der New York Times ausbuchstabiert hat: Self Knowledge through numbers [1]. Alle Technologien der Selbstvermessung lassen sich unter den Begriff „Lifelogging“ subsumieren. Lifelogging ist ein Sammelbegriff, um die digitale Speicherung von Lebensdaten und Verhaltensspuren (Lifelogs) eines Menschen zu umschreiben. Er setzt sich zusammen aus den Begriffsanteilen „life“ (Leben, Aktivität) und „to log“ (aufzeichnen, protokollieren, Spuren sichern). Um Lebensspuren festzuhalten, werden digitale Datenaufzeichnungsgeräte immer selbstverständlicher. Lifelogging kann daher als eine passive Form digitaler Selbstarchivierung verstanden werden [2]. Lifelogging ist – zumal in Deutschland – ein bislang kaum entdecktes Forschungsfeld. Die medien- und kulturwissenschaftliche Begleitreflexion hinkt dabei den rasch aufeinander abfolgenden technischen Entwicklungsschritten von Hard- und Software (Miniaturisierung von Kameras, Wearable Computing etc.) noch immer hinterher. Im Kontext des Forschungsclusters „Postmediale Wirklichkeiten“ (2008 – 2010) erfolgte an der Hochschule Furtwangen eine erste Grundlegung dieses Forschungsfeldes [2]. Im Folgenden werden aktuelle Entwicklungen im Bereich angewandter Forschung im Spannungsfeld ethischer Bedenken skizziert. Abstract Lifelogging is the technological attempt to record all aspects of human life and behaviour automatically and to upload these ‚lifelogs‘ into an unlimited digital storage system. Since personal lifelogs can be linked to each other in lifelogging communities, human identity, human memory and the monitoring of human life have changed radically. This article describes form of lifelogging such as self-tracking as a new trend in society, demonstrates the potential of lifelogging, but also refers to ethical problems of this technology. PROF. DR. PHIL. STEFAN SELKE Lehrgebiet „Gesellschaftlicher Wandel“, Studiendekan „Angewandte Gesundheitswissenschaften“, Nachhaltigkeitsbeauftragter der HFU. Forschungsgebiete: Soziale Nachhaltigkeit und gesellschaftliche Transformationsprozesse, Zeitdiagnosen, Zukunftsmedien, Visuelle Kultur, Öffentliche Soziologie. Tel. 07723 920 2873 ses@hs-furtwangen.de Zusammenfassung Lifelogging fasst alle Technologien der Selbstvermessung unter einem Sammelbegriff zusammen. Quer zu allen Anwendungsfeldern, die im Kern der Leistungssteigerung des Individuums dienen, stellen sich vermehrt gebrauchsethische Fragen. Anhand der eigenen Entwicklungen wird dieses Spannungsverhältnis skizziert. 1 Einleitung: Selbstvermessung als neuer gesellschaftlicher Trend Gerade kommt ein neuer Trend aus den USA hier an. Mittels Sensoren, Digitaltechnik und Smartphones vermessen und analysieren sich Menschen fast pausenlos und nahezu in jeder Lebenssituation. Erfasst werden zum Beispiel Puls, Schrittzahlen, Schlafstunden und Schlafrhythmus, Blutzuckergehalt, Kalorienverbrauch und unendlich viele weitere Parameter des menschlichen Körpers und des menschlichen Aktivitätsspektrums. Ziel dieser Selbstarchivierung ist die Selbstoptimierung. Damit entspricht Lifelogging voll und ganz dem aktuellen Zeitgeist. „Self-Hacking“, „Self-Tracking“ oder „Quantified Self“ werden diese Aktivitäten von ihren Anhängern genannt. Die Zahl der Selbstvermesser steigt. Immer mehr Fans vermessen sich, um Leistung, Gesundheit oder Wohlbefinden zu verbessern, seit der Technikjournalist Gary Wolf das Bekenntnis dieser Bewegung 2 Methodisches Vorgehen Die eigentliche Innovation von Lifelogging besteht in der Datenheterogenität: Die datenerfassende Person (der Logger) umgibt sich mit multimedialen Aufzeich- Abbildung 1: Lifelogging-Kamera SenseCam (in der Ausführung Vicon Revue). Foto: Markus Tralls

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Gesundheit nungsgeräten (sog. Lifelogging- oder Capturing-Tools). Eine (meist am eigenen Körper angebrachte) spezielle Lifelogging-Kamera nimmt permanent und ohne Mitwirken des Trägers Bilder auf und speichert weitere Sensordaten (z.B. Geodaten, biometrische Daten) (vgl. Abbildung 1). Der Logger wählt dabei nicht mehr aus – das Lifelogging-System erfasst permanent und ohne Unterscheidung alle Umfelddaten. Hieraus ergibt sich das Ziel von Lifelogging: Die möglichst universelle Erfassung von Lebensdaten. In bislang zwei Einsatzfeldern wurde Lifelogging an der HFU eingesetzt. In der Leistungsdiagnostik im Spitzensport und zur Schaffung eines digitalen Erinnerungssystems. Lifelogging als Leistungsdiagnostik Spitzensport Im Rahmen einer Masterthesis an der Fakultät Digitale Medien wurde der Einsatz des Lifelogging-Tools Vicon Revue im Leistungssport erprobt. Die Ausgangsthese von Christiane Knittel (seit 1997 aktives Mitglied der Deutschen Nationalmannschaft Ringen) hierbei war, dass im Spitzensport Leistungszugewinne durch neue Trainingsmethoden fast vollständig ausgeschöpft sind. In der Optimierung des außersportlichen Bereichs wird jedoch noch eine Restgröße für Leistungsgewinne gesehen. Im Mittelpunkt der explorativen Studie stand daher die Optimierung des Lebensstils der Sportler neben dem Training. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass Lifelogging zentrale Aspekte leistungssportgerechter Lebensführung erkennbar in das Bewusstsein der Sportler rückt. Die dabei entwickelte Methode wurde inzwischen – auch unter Berücksichtigung des Feedbacks des Bundesinstituts für Sportwissenschaft sowie zahlreicher Sportpsychologen – zu einer umfassenden Leistungs- und Lebensführungsdiagnostik weiter entwickelt [3]. Gebrauchsethische Grenzen bestehen dort, wo das freiwillige Selbst-Monitoring in eine fremdbestimmte Kontrolle übergeht. Bei dieser Pilotstudie zeigte sich zudem, dass die dabei zum Einsatz kommende Lifelogging-Kamera die Anforderungen an KostenNutzen-Relation und Gebrauchstauglichkeit nicht erfüllen konnte. idetic – Förderung des „digitalen Gedächtnisses“ im Rahmen eines Karl-Steinbuch-Stipendiums Hauptziel der Forschungsbemühungen ist seitdem die Entwicklung eines alltagstauglichen LifeloggingSystems. Nachdem mit mehreren Projektstudien die Grundlagen gelegt wurden, konnte 2011 ein Forschungsteam bestehend aus vier Studierenden (Christian Mohr, Steffen Hinderer, Markus Tralls, Hatto Knittel) ein Karl-Steinbuch-Stipendium (Medien- und Filmförderanstalt Baden-Württemberg) gewinnen. Dieses Stipendium wurde erstmals an ein Team der HFU vergeben. Dabei wurde das Ziel verfolgt, Lifelogging zu einer bisher nicht erreichten Praxistauglichkeit zu verhelfen und für weitere Anwendungsfelder, z.B. als taktisches Medium im Bereich Abbildung 2: Modularer Aufbau des Lifelogging-Systems. Grafik: Markus Tralls

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Gesundheit von Sousveillance (Unterwachung) zu adaptieren. Das hierbei entwickelte Lifelogging-System ist modular aufgebaut (vgl. Abbildung 2). Gebrauchsethische Grenzen bestehen dort, wo die Veröffentlichung privater Daten auf Online-Plattformen nicht mehr kontrolliert werden kann. Im Rahmen des PostPrivacy-Diskurses werden derartige Fragestellungen erörtert [4]. 3 Ergebnisse Für die Datenerfassung wird eine Smartphone-App genutzt, die für das Betriebssystem Android auf Basis der objektorientierten Programmiersprache JAVA erstellt wurde. In diesem Modul geht es darum, möglichst viele unterschiedliche Daten zu erfassen, sowie den Vorgang der Datenerfassung so einfach, automatisch und unbewusst wie möglich zu machen, um keine Verhaltensänderungen bei der datenerfassenden Person (oder deren Umfeld) zu provozieren. Neben der im Smartphone integrierten Kamera kommen verschiedene externe Lifelogging-Kameras zum Einsatz. Besonders hervorzuheben ist dabei der konzeptionelle Entwurf von Markus Tralls im Rahmen seiner Thesis „Konzeption eines alltagstauglichen Lifeloggingsystems auf Basis aktueller Technologien“. Hier sind bereits zukünftige Lösungen wie stereoskopische Aufnahmen oder Panoramaaufnahmen angedacht (vgl. Abbildung 3). Nach dem Speichern der Daten in einer OfflineMediathek beginnt die Phase des Data-Managements. Auch die Back-End-Lösung (Mediathek) wird in JAVA umgesetzt. In dieser Phase werden die Daten segmentiert, sortiert und mit weiteren Daten (z.B. aus dem Web) angereichert. Um die Lifelogs für Monitoring-Prozesse nutzen zu können, müssen diese nutzerspezifisch gefiltert und wieder aufgerufen werden können. Gerade der Wiederaufruf der Lifelogs ist stark von domänenspezifischen Anforderungen abhängig. Gleiches gilt für die Präsentationsphase. Noch völlig unbearbeitet ist hierbei das Feld der Monitoring-Instrumente, die sich aus einer speziellen Kombination von Wiederaufruf und Präsentation ergeben sowie der institutionenabhängigen Monitoringprozesse. Insgesamt sichert dieser modulare Aufbau die Adaptionsfähigkeit des HFU-Lifelogging-Systems. Unabhängig davon, ob Lifelogging im Bereich Abbildung 3: Innovatives Design für das Capturing-Tool einer Lifelogging-Einheit mit Panoramafunktion (Thesis Markus Tralls. Renderung: Bennet Schlenk) des Sportler-Monitorings, der Überwachung von Soldaten, der Unterwachung im öffentlichen Raum oder lediglich als persönlicher Erinnerungsspeicher genutzt wird – die technologischen Grundlagen und Schnittstellen bleiben stets gleich. 4 Ausblick Lifelogging ist nicht nur eine technische Herausforderung, sondern auch mit zahlreichen psychologischen, rechtlichen, ethischen sowie sozialen Problemdimensionen verbunden [5]. Mittlerweile bieten erste Krankenkassen Plattformen an, auf denen Vitaldaten gesammelt und spielerisch verglichen werden können. Denkbar ist, dass in naher Zukunft diese Daten auch zur Berechnung von Beitragssätzen hinzugezogen werden. Exemplarisch zeigt sich daran die gebrauchsethische Grenzverschiebung („Shifting Baselines“) in der Anwendung dieser Technologie. Schon warnen erste Mediziner und Psychologen vor dem Phänomen der „Überdiagnostizierung“ durch exzessive Datensammlung im Netz. Bleibt also die Frage, ob Lifelogging zu einer Art digitalem Exhibitionismus oder eher zu einer produktiven Veränderung unserer Lebenswelt und Lebensweise führen wird? Zwar ist beim gegenwärtigen Entwicklungstand der Ausgang der mit Lifelogging verbundenen Entwicklungen ergebnisoffen. Es reicht aber nicht aus, allein gebrauchsethische Bedenken anzuführen oder die mit Lifelogging verbundene

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Gesundheit Entwicklung reaktiv abzulehnen. Statt sich dem Phänomen lediglich technikfeindlich zu nähern, wird hier abschließend eine Haltung vertreten, die darauf abzielt, zukünftige Entwicklungen selbst mit zu gestalten. Gerade die Hochschule Furtwangen bietet hierfür ein ideales Umfeld, da sie technische und mediale Entwicklungen fördert und gleichzeitig die Möglichkeit zur gesellschaftswissenschaftlichen Reflexion ermöglicht. Die Besonderheit des Zugangs zum Thema Lifelogging an der HFU kann am besten mit der „Umgangsthese“ des Technikphilosophen Bernhard Irrgang [6] illustriert werden: Neue Techniken sollten ausprobiert und erprobt werden. Nur so lässt sich über sie lernen, was man über sie wissen muss. „Nicht alles wird gelingen, schon gar nicht wird alles glücken, nicht alles lässt sich vorhersehen und schon gar nicht im Vorhinein denkerisch erfassen und begründet ausschließen oder möglicherweise verbieten. [...] Meist reicht nur eine technische Lösung – und sei es ein Verbot – nicht aus, sondern es bedarf menschlicher, gesellschaftlicher und politischer Begleitung oder Lösungen“. Damit zeigt sich exemplarisch, dass technologische Entwicklungen in umfassende interdisziplinäre Überlegungen zur Richtung des gesellschaftlichen Wandels eingebettet werden müssen, um nicht eigenlogisch abzulaufen. Ausgangspunkt können hierbei medienanthropologische Überlegungen sein [7], gefolgt von den gesellschaftswissenschaftlichen und juristischen (Stichwort: Recht am eigenen Bild). Lifelogging-Systeme werden sich unter idealen Bedingungen zu Alltagsanwendungen und typischen Medien des 21. Jahrhunderts entwickeln und in immer mehr Anwendungsfeldern nachgefragt werden. [4] [5] Chancen zur Leistungsoptimierung durch digitale Monitoring-Systeme. In: Manfred Wegner/ Jan-Peter Brückner/Stefan Kratzenstein (Hg.), Sportpsychologische Kompetenz und Verantwortung. 44. Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft für Sportpsychologie. Hamburg, 14. Heller, Christian (2011): Post-Privacy. Prima leben ohne Privatsphäre. München. Selke, Stefan (2012): Identity in the ‘Loggossphere’. Recalling Daily Life with Human Digital Memory. In: Glimpse. Phenomenology and Media. An Anthology of Essays from Glimpse / Society for Phenomenology and Media, Vol. 13, 113-120. Irrgang, Bernhard (2005): Posthumanes Menschsein? Künstliche Intelligenz, Cyberspace, Roboter, Cyborgs und Designer-Menschen – Anthropologie des künstlichen Menschen im 21. Jahrhundert. Selke, Stefan (2012): Der vermessene Mensch. Selbstarchivierung und Selbstoptimierung durch Lifelogging. In: tsantsa. Schweizerische Zeitschrift für Ethnologie. In Vorbereitung. Literaturhinweise [1] Behrens, Christioph (2012): Die Vermessung des Ichs. In: Süddeutsche Zeitung, 13. Oktober 2012, S. 24. [2] Selke, Stefan (2010): Der editierte Mensch. Vom Mythos digitalisierter Totalerinnerung durch Lifelogging. In: Selke, Stefan/Ullrich Dittler (Hg.), Postmediale Wirklichkeiten aus interdisziplinärer Perspektive, 96-117. [3] Selke, Stefan (2012): Spitzensport als innovatives Anwendungsfeld für Lifelogging – Diskussion der

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Gesundheit Von Menschen und Mikroben: Angewandte Mikrobiologie zur Gesunderhaltung des Menschen Irene Köhnen, Stefanie Kupferer, Victoria Rack, Jessica Röder, Dr. Frithjof Blessing1, Prof. Dr. Markus Egert Die Mikroflora von Waschmaschinen Hygiene ist die Wissenschaft von der Gesunderhaltung des Menschen. In einer Zeit, in der der moderne Mensch bis zu 90% seiner Zeit in Innenräumen verbringt, kommt auch der Haushaltshygiene eine immer größer werdende Bedeutung zu, insbesondere angesichts einer zunehmend älter, d.h. auch infektionsanfälliger werdenden Gesellschaft. Der moderne Haushalt bietet Mikroorganismen (Bakterien, Pilzen und Viren) eine Vielzahl von Nischen, in denen sie optimale Lebensbedingungen (Feuchtigkeit, Wärme, viele Nährstoffe) vorfinden (Weide & Heinzel, 2000). Hierzu zählen z.B. viele Stellen in der Küche (Spülschwämme, Handtücher, Abflüsse...), dem Bad (Toilette, Duschvorhänge...), aber auch im normalen Wohn- und Arbeitsbereich (Teppiche, Computertastaturen, Klimaanlagen, Luftbefeuchter...). Interessanterweise ist über die mikrobielle Besiedlung der häuslichen Lebensumwelt des Menschen bislang nur wenig bekannt. Eine umfassende Analyse mikrobieller Gemeinschaften im Haushalt ist allerdings eine Grundvoraussetzung für eine Bewertung ihrer Bedeutung für Gesundheit und Wohlbefinden des Menschen. Die Analyse mikrobieller Gemeinschaften, auch im häuslichen Bereich, wird generell dadurch erschwert, dass sich viele Mikroorganismen einer Kultivierung auf Fest- oder Flüssigmedien entziehen. Hier können molekularbiologische Methoden weiterhelfen, mit denen Mikroorganismen allein über ihre DNA nachgewiesen und identifiziert werden können (Egert et al., 2010). Viktoria Rack und Jessica Röder, MTZ-Studierende im 4. Semester, haben solche Methoden benutzt, um die Mikroflora von Haushaltswaschmaschinen näher zu untersuchen. Auch Waschmaschinen stellen mikrobiologische hot spots in Privathaushalten dar. Sie sind beständig feucht, oft warm und werden kontinuierlich mit mikrobiell kontaminierter Wäsche beladen; zudem können Mikroorganismen über Luft und Wasserleitungen in die Maschine gelangen. Mikrobielle Beläge, sogenannte Biofilme, die sich in Waschmaschinen bilden, können hier nicht nur ästhetische Probleme wie Verfärbungen oder schlechte Gerüche auslösen, sondern eventuell sogar als Reservoir für pathogene Keime dienen. Abstract The HFU group “Microbiology & Hygiene”, headed by Prof. Dr. Markus Egert, is interested in elucidating interactions between humans and microorganisms that are relevant for human health and well being. Here, data of two student research projects are reported. In the first one, the microflora of domestic washing machines was investigated by molecular means. Bacteria and fungi were detected in virtually all investigated samples, marking them as important groups of microorganisms causing hygienic problems in domestic washing machines. In the second study, retail meat samples from organically and conventionally raised chicken and pigs were screened for the presence of antibioticresistant bacteria. In contrast to previous studies, none of these bacteria were detected. Clearly, more studies are needed to better understand the occurrence of antibiotic-resistant bacteria on retail meat. Die im September 2011 etablierte Arbeitsgruppe „Mikrobiologie & Hygiene“ unter der Leitung von Prof. Dr. Markus Egert beschäftigt sich mit den vielfältigen Interaktionen von Menschen und Mikroorganismen. Zwei Schwerpunkte prägen ihre Forschungsaktivitäten: a) symbiotische und pathogene Mensch-Mikrobe-Interaktionen, v.a. aus den Bereichen der Verdauungs- und Hautmikrobiologie, und b) Hygieneforschung aus den Bereichen Betriebs-, Haushalts- und Körperhygiene. Die Forschungsprojekte der Gruppe umfassen die Isolierung und Identifizierung von Mikroorganismen aus unterschiedlichsten Probenmaterialen, die anschließende Bewertung der Befunde hinsichtlich ihrer Bedeutung für die menschliche Gesundheit und die Entwicklung von Maßnahmen zur gezielten Manipulation der Mikroflora der untersuchten Proben. Zwei im Rahmen von Studienarbeiten des neuen HFU Bachelor-Studiengangs „Molekulare und Technische Medizin (MTZ)“ im Sommersemester 2012 durchgeführte Projekte sollen hier kurz vorgestellt werden. PROF. DR. MARKUS EGERT Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik Lehr- und Forschungsgebiete: Medizinische Mikrobiologie, Hygiene, Human-MicrobeInteractions, Mikrobielle Ökologie, Diagnostik von Mikroorganismen. Tel. 07720 307 4554 ege@hs-furtwangen.de Gemeinschaftspraxis für Laboratoriumsmedizin, Singen

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Gesundheit Um einen Überblick zu bekommen, in welchem Ausmaß Waschmaschinen durch Mikroorganismen besiedelt sind, haben Rack und Röder fünf Haushaltswaschmaschinen aus dem Großraum Villingen-Schwenningen an jeweils vier Stellen (Einspülkammer und -schacht, Bullaugendichtung, Flusensieb) mittels Tupferabstrichen beprobt sowie Waschlaugenproben während eines Waschgangs entnommen (Abb. 1). Aus den Proben haben sie unter Einsatz eines bead beaters und eines kommerziellen Nukleinsäure-Extraktions-Kits für Biofilm-Proben DNA extrahiert. Anschließend wurde in dieser DNA mit Hilfe der Polymerasekettenreaktion (PCR) und unter Einsatz sogenannter universeller Primer nach Bakterien und Pilzen gesucht. PCR-Analysen mit 30 Amplifikationszyklen wiesen in 96% aller Proben Bakterien und in 64% aller Proben Pilze nach; mit 35 Zyklen konnten 100% aller Proben positiv auf Bakterien und 96% aller Proben auch positiv auf Pilze getestet werden. Diese Untersuchungen zeigen, dass Biofilme in Waschmaschinen von Bakterien und Pilzen gebildet werden und dass Bakterien vermutlich quantitativ häufiger sind als Pilze. Die Ergebnisse bestätigen damit frühere Studien aus der Schweiz (Gattlen et al., 2010) und dem Großraum Düsseldorf (Egert et al., 2010). Um welche Arten von Bakterien und Pilzen es sich im Einzelnen handelt, welche Bedeutung sie für die Haushalts- und Wäschehygiene haben und wie man sie am besten nachhaltig bekämpft, sollen weitergehende Untersuchungen zeigen. Abb.1: Probenahmestellen für die Analyse der Mikroflora von Haushaltswaschmaschinen. behandelbaren Infektionen führen. Es wird ein Zusammenhang zwischen dem gehäuftem Auftreten dieser Keime und dem starken und z.T. unkritischen Einsatz von Antibiotika insbesondere in der Massentierhaltung gesehen. Angeregt durch die BUND-Studie haben Stefanie Kupferer und Irene Köhnen, MTZ-Studierende im 4. Semester, Konsumfleisch aus dem Großraum Villingen-Schwenningen auf das Vorkommen antibiotikaresistenter Bakterien (MRSA, ESBL) hin untersucht. Die Untersuchungen wurden in enger Zusammenarbeit mit der Gemeinschaftspraxis für Laboratoriumsmedizin in Singen unter der Leitung von Dr. Frithjof Blessing durchgeführt. Insgesamt wurden 28 Frischfleischproben untersucht, davon je 14 Schweinefleisch- und Geflügelproben. Jeweils 8 stammten von Tieren aus konventioneller und je 6 von Tieren aus explizit beworbener „biologischer“ Haltung. Zur Untersuchung der Proben wurden entsprechende Selektivnährböden sowie ein sogenannter Doppeldisk-Annäherungstest als ESBL-Bestätigungstest eingesetzt. Darüber hinaus wurden potentielle ESBL-Erreger mit Hilfe einer MALDI-TOF-Analyse identifiziert. Zusätzlich wurde eine quantitative Ermittlung der Keimbelastung nach ISO 21528-2:2005 und DIN 10164-1:1986 durchgeführt. In keiner der untersuchten 28 Proben wurden MRSAoder ESBL-Bakterien nachgewiesen. Es wurde zwar vereinzelt Wachstum auf ESBL- und MRSASelektivnährböden verzeichnet; die verschiedenen Bestätigungstests zeigten allerdings, dass es sich Antibiotikaresistente Bakterien auf Konsumfleisch Das zweite Projekt stammt aus dem Bereich der Lebensmittelhygiene und Verbrauchersicherheit. Im Frühjahr 2012 erregte eine Studie des BUND (Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland) großes nationales Aufsehen. In dieser Studie (Birkel, 2012) wurde gezeigt, dass sich auf mehr als der Hälfte von 20 untersuchten Fleischproben aus Supermärkten und Discountern aus ganz Deutschland antibiotikaresistente Bakterien nachweisen ließen. Bei diesen Bakterien handelte es sich zum einen um MRSAKeime (multiresistenter Staphylococcus aureus) und zum anderen um ESBL-Keime (Enterobakterien mit einem erweiterten Spektrum an Beta-Laktamasen). Beide Gruppen zeichnen sich durch eine Resistenz gegen viele moderne Antibiotika aus und können beim Menschen zu lebensbedrohlichen und schwer

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Gesundheit dabei nicht um ESBL oder MRSA, sondern im Falle der ESBL-Nährböden z.B. um typische Umweltkeime handelte. Die Keimzahlbestimmungen zeigten, dass Geflügelfleisch eine höhere Keimbelastung aufwies als Schweinfleisch und dass Proben aus konventioneller Tierhaltung weniger Keime enthielten als solche aus biologischer (Abb. 2). Eine Erklärung für die höhere Keimbelastung der Geflügelproben ist, dass sie z.T. mit Haut verarbeitet wurden, die bekanntermaßen eine höhere Keimdichte aufweist als Muskelfleisch; Unterschiede im Keimgehalt zwischen konventioneller und biologische Haltung könnten z.B. tatsächlich auf Unterschiede in der Aufzucht der Tiere, in der Verarbeitung des Fleisches oder auch auf die Lagerzeit in den Geschäften zurückzuführen sein. Es sei aber betont, dass die hier gefundenen Keimdichten von bis zu 40 Millionen Keimen pro ml Fleisch keine Gesundheitsgefährdung für den Verbraucher darstellen, da das Fleisch ja i.d.R. nicht roh konsumiert wird. Sie unterstreichen aber die Notwendigkeit für ausreichende Hygienemaßnahmen im Umgang mit Fleisch. Die hier erzielten Ergebnisse widersprachen im Hinblick auf das Vorkommen von ESBL und MRSA den BUND-Ergebnissen des Frühjahrs 2012 und denen anderer Studien (z.B. Leverstein-van Hall et al., 2011) deutlich, in denen mehr Proben positiv v.a. auf ESBL getestet wurden. Für die Verbraucher im Großraum Villingen-Schwenningen sind diese Ergebnisse zwar eine gute Nachricht; sie können aber nicht als Entwarnung im Hinblick auf die Verbreitung antibiotikaresistenter Bakterien über Konsumfleisch im Allgemeinen interpretiert werden. Hierfür sind weitere Studien mit größeren Stichprobenumfängen nötig. Referenzen [1] Birkel, K. (2012). Analyse von Fleischproben auf MRSA und ESBL-produzierende Keime – Fragen und Antworten. Stand 05.01.2012, Zugang über www.bund.net. [2] Egert, M., Schmidt, I., Bussey, K. und Breves, R. (2010). A glimpse under the rim – the composition of microbial biofilm communities in domestic toilets. J. Appl. Microbiol. 108: 1167-1174. [3] Egert, M., Höhne, H.-M., List, M., Weide, M., Bockmühl, D. und Breves, R. (2010). Microbial community composition of biofilms in domestic washing machines. BioSpektrum, Tagungsband zu VAAM-Jahrestagung, Hannover, 28.-31.03.2010, S. 40, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg. [4] Gattlen, J., Amberg, C., Zinn, M. und Mauclaire, L. (2010). Biofilms isolated from washing machines from three continents and their tolerance to a standard detergent. Biofouling 26: 873-82. [5] Leverstein-van Hall, M.A., Dierikx, C.M., Cohen Stuart, J., Voets, G.M., van den Munckhof, M.P., van Essen-Zandbergen, A., Platteel, T., Fluit, A.C., van de Sande-Bruinsma, N., Scharinga, J., Bonten, M.J., Mevius, D.J., National ESBL surveillance group. (2011). Dutch patients, retail chicken meat and poultry share the same ESBL genes, plasmids and strains. Clin. Microbiol. Infect.17: 873-880. [6] Weide, M. und Heinzel, M. (2000). Situation analysis of hygiene in the home. SÖFW-Journal 126 (6): 7-11. Abb. 2: Für verschiedene Fleischarten ermittelte Keimzahlen, dargestellt als dekadischer Logarithmus der Keimzahl pro ml Fleisch. Mittelwerte + Standardabweichung (n = 5-8).

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Gesundheit Georg Fischer Piping Systems Ltd. 8201 Schaffhausen/Switzerland E-Mail: info@georgfischer.com www.piping.georgfischer.com INNOVATIVE TECHNOLOGIEN Antriebe, Kugelhähne, Klappen, Membranventile, Mess- und Regeltechnik für korrosionsfreie Kunststoffrohrleitungssysteme Adding Quality to People’s Lives

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Sicherheit Risikomanagement für sensible Logistikknoten Dipl.-Kffr. Claudia Breuer, M.Sc. Robert Dotzlaff, Prof. Dr. Guido Siestrup Abstract Logistics networks enable the international supply of goods and services. The importance of each individual node within the network tends to rise with increased size and throughput. Consequently the risk associated with disrupted warehousing and distribution processes increases. Our research focuses on logistics agglomerations – specifically on freight villages. Freight villages represent a sensitive type of logistics node. Despite foresightful planning a number of risks remain. However, companies can prepare themselves for these risks. This paper presents an approach for decision-support in the context of managing these remaining risks. Methodically this approach is based on a process model developed for freight villages which is transferred into a discrete, event-driven simulation model linked with a multi-agent system. DIPL.-KFFR. CLAUDIA BREUER Fakultät Wirtschaftsinformatik Wissenschaftlicher Fokus: Logistikprozesse, Risikomanagement und Simulation. Akademische Mitarbeiterin im BMBF-Projekt PreparedNET. Tel. 07723 920 2945 brc@hs-furtwangen und die Versorgungssicherheit von Gesellschaft und Wirtschaft zu gewährleisten. In dem Verbundprojekt PreparedNET widmet sich die Hochschule Furtwangen neben weiteren Projektpartnern dieser Thematik. Dabei liegt das Augenmerk auf Güterverkehrszentren (GVZ), welche in der logistischen Infrastruktur Deutschlands wichtige Aufgaben bei der Warenversorgung übernehmen. In einem GVZ werden verschiedene Verkehrsträger sowie unterschiedliche, einzelwirtschaftlich selbständig agierende Transportund Logistikunternehmen zusammengeführt [7]. Tritt dort ein Schaden ein, kann es regional, national und sogar international zu Produktionsausfällen und zu Versorgungsengpässen für die Industrie, den Handel und die Bevölkerung kommen, weshalb GVZ sensible Logistikknoten darstellen [1]. Darstellung der Methoden Ziel des Projektes PreparedNET ist es, ein unternehmensübergreifendes Konzept für diese Logistikagglomerationen zu entwickeln, das im Falle des Eintretens von Schadensereignissen zur Entscheidungsunterstützung herangezogen werden kann. Das Konzept soll eine schnelle Reaktion auf unvorhergesehene Schadensereignisse ermöglichen und dadurch die Warenströme aufrechterhalten sowie das Schadensausmaß begrenzen. Dazu sind an der Hochschule Furtwangen in einem ersten Schritt die Abläufe in GVZ aufgenommen und in einem Prozessmodell (siehe Abbildung 1) erfasst worden [2]. Da die Abläufe und Organisationseinheiten in GVZ vergleichbar sind, ist es das Ziel, einen Modellaufbau zu realisieren, der allgemeingültig ist und damit als Referenzmodell [4,5] dienen kann. Dies ermöglicht eine Nutzbarmachung auch für andere GVZ-Standorte. Das auf der Basis von Analysen zu zwei GVZ-Standorten entworfene Prozessmodell ist hierarchisch gegliedert und besteht aus fünf Ebenen: Einleitung Mit der voranschreitenden Globalisierung sind Unternehmen mehr denn je dazu gezwungen, wirtschaftliche Vorteile durch unternehmensübergreifende Zusammenschlüsse in Supply Chains zu erzielen und zu erhalten, um am Markt bestehen zu können. Mit der steigenden Vernetzung der Unternehmen und der damit einhergehenden Synchronisation der Logistikprozesse nimmt jedoch auch das Risikopotential innerhalb einer Wertschöpfungskette zu [6,8]. Bei Eintritt eines Risikoereignisses mit entsprechenden Schäden an einer Stelle in der Supply Chain können sich diese über die nachfolgenden Partner fortsetzen und den wirtschaftlichen Schaden vergrößern [3]. Je nach Schwere und Auftretensort des Schadens kann zudem die Versorgung von Gesellschaft und Wirtschaft beeinträchtigt werden. Im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) innovative Lösungen innerhalb des Programms „Forschung für die zivile Sicherheit“ zum Themenfeld „Sicherung der Warenketten“ mit dem Ziel, Logistikprozesse gegen Risiken zu schützen M.SC. ROBERT DOTZLAFF Fakultät Wirtschaftsinformatik Wissenschaftlicher Fokus: Logistikprozesse, Informationsund Kommunikationssysteme in der Logistik sowie Simulation. Akademischer Mitarbeiter im BMBF-Projekt PreparedNET. Tel. 07723 920 2947 dot@hs-furtwangen Ebene 0: Die Netzwerkebene umfasst den Gesamtverbund der GVZ, wobei die Prozesse zwischen den GVZ im Vordergrund stehen (sog. Inter-GVZProzesse). Ebene 1: Auf der GVZ-Ebene werden alle Kernund Supportprozesse erfasst, die durch das GVZ angeboten werden.

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Sicherheit PROF. DR. GUIDO SIESTRUP Fakultät Wirtschaftsinformatik Lehrgebiete: Geschäftsprozesse, Logistik und Supply Chain Management. Studiengangleiter Wirtschaftsinformatik Bachelor und Mitglied im Institut für Angewandte Forschung der HFU. Tel. 07723 920 2240 sig@hs-furtwangen Abbildung 1: GVZ-Referenzprozessmodell. Ebene 2: Die Cluster sind die Leistungsbereiche eines GVZs. Wichtige Cluster bilden zum Beispiel KV-Terminal (Terminal für kombinierten Ladungsverkehr), Hafenterminal, KEP-Dienstleister (Kurier-, Express-, Paketdienstleister), Logistikdienstleister Food und Non-Food. Ebene 3: Es werden die Kern- und Supportprozesse in den jeweiligen Clustern abgebildet. Ebene 4: Auf dieser Ebene werden die Prozesse weiter detailliert, es erfolgt eine Darstellung der einzelnen Aktivitäten und ggf. auch der eingesetzten Technologien. Da es das Ziel ist, ein Referenzmodell zu entwickeln, beinhaltet dieses aber nicht die konkrete Implementierung. dafür dienen, die mit Praktikern festgelegten Schadensszenarien innerhalb eines GVZs auf deren Auswirkungen zu testen und mögliche Handlungsalternativen zu evaluieren. Aus technischer Sicht wird den Anforderungen entsprechend eine diskrete, ereignisorientierte Simulation (siehe Abbildung 2) gewählt. Die relevanten GVZ-Prozesse (dazu gehören etwa die Basisprozesse wie das Transportieren, Lagern, Sortieren und Kommissionieren) und die dazugehörigen Ressourcen (z.B. in Form von Lagerkapazitäten, Transportkapazitäten, Umschlagskapazitäten etc.) werden in der ereignisorientierten Simulation unter Zuhilfenahme von standardisierten Simulationsbausteinen und mit Hilfe individueller Programmierung abgebildet. Dieses Simulationsmodell wird mit einem MultiAgentensystem gekoppelt, das die Entscheidungs- Das Prozessmodell bildet die Basis für ein Simulationsmodell, das die dynamischen Abläufe adäquat abbildet: Das Simulationsmodell soll als Grundlage

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Sicherheit Abbildung 2: Modellierungsoberfläche der Simulationsumgebung. Abbildung 3: Verteilte Simulationsumgebung. logik beinhaltet und somit auch die Steuerung der Ablauflogik übernimmt, sobald Störungen eintreten und Anpassungsstrategien umzusetzen sind. Diese hybride Simulationsumgebung läuft verteilt an den Standorten Furtwangen und Bremen (Partner ISL) und ist in Abbildung 3 dargestellt. Ergebnisse Mit der Durchführung der Analysen konnten bereits wesentliche Erkenntnisse im Hinblick auf Wirkungszusammenhänge und die Etablierung von Maßnahmenkatalogen generiert werden. Diese statische Betrachtungsweise wird ergänzt durch dynamische Analysen unter Zuhilfenahme der Simulation. Hierfür steht mittlerweile ein Demonstrator zur Verfügung, der zur Entscheidungsunterstützung genutzt werden kann. Die ausgewählten und auf ihre Wirkungen zu evaluierenden Schadenssituationen betreffen einerseits die Verkehrsinfrastruktur (Infrastruktur Straße, Schienensystem, Wasserwege) und andererseits die Leistungsprozesse innerhalb der beteiligten Cluster (z.B. den Portalkran im Cluster KV-Terminal). Eine Charakterisierung der Störungen erfolgt über Para-

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Sicherheit meterfestlegungen der Störungsdauer, des Zeitpunkts des Schadenseintritts sowie der Kapazitäts- und Leistungseinbuße des betroffenen Teilsystems. Gemeinsam mit der Industrie, Logistikdienstleistern und weiteren Beteiligten wurden insgesamt 30 Schadensszenarien ermittelt. Davon wurden 6 Szenarien als sehr wichtig eingestuft. Sie bilden die Grundlage für 152 Simulationsläufe, mit denen die Auswirkungen unterschiedlicher Störungsdauern (wenige Stunden bis hin zu Wochen) und alternativer Kapazitäts- und Leistungsbeeinträchtigungen überprüft werden. Zur Durchführung der Simulationsexperimente wird das Modell mit den entsprechenden Daten initialisiert. In einem weiteren Schritt werden die Verkehrsbelastungsdaten in Form von Tages- und Wochenganglinien (siehe Abbildung 4) eingelesen. Entsprechend den im Multi-Agentensystem hinterlegten Regeln und Zielfunktionen generiert das System nach einer eingetretenen Störung eine dynamische Reaktion zur Überwindung von Versorgungsengpässen. Ziel ist das Auffinden eines effektiven Weges zurück in die Systembalance. Dieser Rückkehrweg hängt maßgeblich von der Schwere der simulierten Störung ab, aber auch von anderen Randbedingungen, die im System zur simulierten Zeit vorherrschen. Abbildung 4: Beispiel für eine Tages-/Wochenganglinie für ankommende LKW im KV-Terminal. der Warenflüsse betreffende Risikoaspekte bei Neuund Erweiterungsplanungen kaum eine Rolle. Danksagung Das Verbundprojekt PreparedNET wird im Zuge der Bekanntmachung „Sicherung der Warenketten“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms „Forschung für die zivile Sicherheit“ der Bundesregierung gefördert. Es ist Bestandteil der „Hightech-Strategie der Bundesregierung“. Die Projektleitung des Teilvorhabens „Referenzmodellbildung und Simulation von GVZProzessen zur Unterstützung eines Supply Chain Risk Managements“ liegt bei der Hochschule Furtwangen. Förderkennzeichen: 13N11136. Zusammenfassung und Ausblick Mit dem auf einem verteilten Simulationsansatz basierenden Simulations-Demonstrator, liegt ein Risikomanagementwerkzeug vor, mit dem in einem ersten Schritt die Auswirkungen von möglichen Schadensszenarien auf ein GVZ quantitativ erfasst werden können. In einem weiterführenden Schritt ist es zudem möglich, Analysen zum Auffinden eines geeigneten Rückkehrweges durchzuführen, wenn Störungen eintreten. Durch die Hinterlegung eines Regelwerkes und die Bestimmung von Zielfunktionen im steuernden Multi-Agentensystem ergibt sich zudem die Möglichkeit, systemgestützte Vorschläge zur Wiederherstellung des güterwirtschaftlichen Gleichgewichts generieren zu lassen. Während sich die hier vorgestellten Überlegungen auf bestehende Infrastrukturen beziehen, erscheint es darüber hinaus sinnvoll, anstehende Neuund Erweiterungsplanungen ebenfalls einer solchen Prüfung zu unterziehen. Bisher spielen die Sicherung Literaturverzeichnis [1] Breuer C, Haasis H-D, Plöger M, Siestrup G, Wildebrand H (2011) Support of an Operational Supply Chain Risk Management for Sensitive Logistics Nodes, in Pawar KS, Rogers H (Hrsg.): Proceedings of the 16th International Symposium on Logistics (ISL 2011): Rebuilding Supply Chains for a Globalised World, Berlin, S. 335-339.

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Sicherheit [2] Breuer C, Siestrup G, Haasis H-D (2012) Operational Risk Issues and Time-Critical DecisionMaking for Sensitive Logistics Nodes, in Chan HK, Lettice F & Durowoju O (Hrsg.): DecisionMaking for Supply Chain Integration, London: Springer, S. 123-143. [3] Jüttner U, Peck H, Christopher M (2003) Supply Chain Risk Management: Outlining an Agenda for Future Research, in International Journal of Logistics: Research and Applications 6(4), S. 197-210. [4] Klinger A, Wenzel S (2000) Referenzmodelle Begriffsbestimmung und Klassifikation, in Wenzel S (Hrsg.): Referenzmodelle für die Simulation in Produktion und Logistik, Ghent: SCS Publishing, S. 13-29. [5] Loos P, Fettke P (2005) Referenzmodellierung – Entwicklungsstand und Perspektiven, in IM Information Management & Consulting 20, S. 21-26. [6] Pfohl H-C, Köhler H, Thomas D (2010) State of the art in supply chain risk management research: empirical and conceptual findings and a roadmap for the implementation in practice, in Logistics Research 2(1), S. 33–44. [7] Rall B (2008) Außerbetriebliche Logistik, in Arnold D, Isermann H, Kuhn A et al. (Hrsg.): Handbuch Logistik, Berlin u.a.: Springer, S. 727-788. [8] Sodhi MS, Tang CS (2009) Managing supply chain disruptions via time-based risk management, in Wu T, Blackhurst J (Hrsg.): Managing supply chain risk and vulnerability, London: Springer, S. 29-40.

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Sicherheit Drehen Sie mit uns am Rad der Zukunft. Karriere & Studium im GearValley. Kunststoff in Bestform Hier greift ein Rad in das andere. Die Unternehmen der Franz Morat Gruppe gehören seit Generationen zu den Marktführern in den Bereichen Zahnradtechnik, Schneckenradsätze, Antriebstechnik und Kunststoff-Spritzgusstechnik. Damit das so bleibt, benötigen und fördern wir qualifizierte und motivierte Mitarbeiter. Egal, ob als Einsteiger ins Berufsleben, als Student oder Trainee - bei uns sind Sie richtig! Wir suchen: Wir bieten: Attraktive, international ausgerichtete Arbeitsplätze Anspruchsvolle und abwechlungsreiche Aufgabenstellungen Große Spielräume für die erfolgreiche Umsetzung Ihrer Ideen Leistungsorientierte Vergütungen Eine fundierte Einarbeitung, bei der Sie unser Unternehmen ausführlich kennenlernen Interesse? Wir freuen uns über Ihre aussagekräftigen Bewerbungsunterlagen inkl. Angabe Ihrer Gehaltsvorstellung und Verfügbarkeit. Für Rückfragen wenden Sie sich bitte an: Kevin Maier, Personalreferent Franz-Morat-Straße 4, 79871 Eisenbach Telefon +49 (0) 7657 9106-14 k.maier@f-morat.de Frank Baumgarten, Personalleitung Franz-Morat-Straße 6, 79871 Eisenbach Telefon +49 (0) 7657 88-230 f.baumgarten@framo-morat.com Verzahnungsteile Kunststoff-MetallVerbindungen Baugruppen Technische Teile Zahnradtechnik Schneckenradsätze Antriebstechnik

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Sicherheit Cloud Computing – Security Audit as a Service M.Sc. Frank Dölitzscher, Prof. Dr. Christoph Reich Abstract One characteristic of cloud computing is its frequently changing virtual infrastructure. New Virtual Machines (VMs) get deployed, existing VMs migrate to a different host or network segment and then vanish since they get deleted by their user. Classic incidence monitoring mechanisms are not flexible enough to cope with cloud specific characteristics such as frequent infrastructure changes. The Security Audit as a Service (SAaaS) project analyses cloud computing characteristics and resulting cloud specific security issues. An audit criteria catalogue was developed with over 140 checks what a cloud audit should cover. A concurrent cloud audit system is developed, which is based on software agents, re-evaluating the security status of the cloud after an infrastructure change. It aims to increase trust in cloud infrastructures by introducing more transparency to user and cloud provider on what is happening in the cloud. M.SC. FRANK DÖLITZSCHER Doktorand am Cloud Research Lab und der Fakultät Informatik und der Universität Plymouth, Großbritannien. Vorher Studium Computer Networking an der HFU. Wissenschaftlicher Fokus: Security in Cloud Computing, Design von Cloud-Architekturen. Tel. 07723 920 2352 def@hs-furtwangen.de angepasster Auditprüfkriterienkatalog entwickelt. Ziel des Forschungsprojektes ist ein System, das automatisch Sicherheitsverletzungen gegenüber FirmenPolicies und rechtlichen Richtlinien detektiert und meldet. Die Kernkomponente der SAaaS-Architektur ist ein verteiltes Agentensystem von Cloud-Auditagenten. Diese werden an strategisch wichtigen Punkten einer Cloud Umgebung platziert und überwachen sicherheitsrelevante Ereignisse. Das System zeichnet den Sicherheitszustand der sich ständig ändernden Cloud Umgebung auf und bewertet ihn respektive deren Sicherheitslage. Dadurch sollen Cloud-spezifische Sicherheitsprobleme, z.B. der Missbrauch von Cloud Ressourcen oder Skalierungsangriffe, erkannt werden. Auditierung von Cloud Computing Umgebungen Cloud Umgebungen stellen aufgrund Ihrer spezifischen Eigenschaften und den daraus resultierenden Risiken neue Anforderungen an IT-Sicherheitsaudits. Wichtigste Eigenschaften sind dabei: Einleitung PROF. DR. CHRISTOPH REICH Professor der Fakultät Informatik für Themen wie Netzwerktechnik, Middleware und IT-Management. Leiter des Informations- und Medienzentrums der Hochschule (Rechenzentrum, Online-System, Learning-System, Bibliothek). Forschungsfelder: Cloud Computing, QoS und SOA, Application Server, Virtualisierung und Security. Tel. 07723 920 2324 rch@hs-furtwangen.de Cloud Computing ist mehr als nur ein aktueller Hype, doch Sicherheitsbedenken lassen IT- Entscheider noch zögern stärker auf diese Technologie zu setzen. Aus Sicht des Cloud Service Providers stellt der Betrieb einer Cloud Umgebung größere Anforderungen an die Sicherheit als traditionelle Rechenzentren. Gründe liegen in Cloud-spezifischen Eigenschaften wie beispielsweise das gemeinsame Nutzen von Ressourcen durch verschiedene Kunden, das sog. MultiTenant Nutzermodell. Untersuchungen zeigen, dass existierende Sicherheitsstandards Cloud-spezifische Sicherheitsrisiken nicht abdecken [1]. In dem Projekt Security Audit as a Service (SAaaS) untersucht das Cloud Research Lab der Hochschule Furtwangen zusammen mit einem deutschen Cloud Provider (ToasterNET GmbH) und einem IT-Sicherheitsdienstleister (SCHUTZWERKE GmbH), wie Cloud-Audits die Sicherheit und das Vertrauen in Cloud Computing Umgebungen erhöhen können. Um bei der Auditierung von Cloud-Infrastrukturen vor allem die Cloud-spezifischen Sicherheitsrisiken zu beachten wurde im Rahmen des Forschungsprojektes ein speziell für Cloud-Audits Stärkere Providerabhängigkeit: Fehlende Standards machen das Transferieren von Daten von einem Provider zum anderen schwierig. Abweichende gesetzliche Bestimmungen: Cloud Provider sind international aufgestellt. Wo genau die Daten abgelegt sind, ist für den Kunden nicht transparent. Netzwerk- und Internetabhängigkeit: Cloud Computing Ressourcen sind in der Regel nur über das Internet erreichbar, was bei Nichtverfügbarkeit zu großen Umsatzeinbrüchen beim Kunden führen kann. Berücksichtigung von Cloud-Dynamiken, wie beispielsweise automatische Ressourcen-Skalierung. Unzureichende Mandantentrennung: In Public Clouds kann ein „Hacker“ Ressourcen innerhalb der Cloud Umgebung nutzen. Ob eingesetzte Sicherheitsmaßnahmen die speziellen Eigenschaften von Cloud Computing Umgebungen berücksichtigen, kann durch gezielte Überprüfung im Rahmen eines Cloud Audits geklärt werden. Da existierende Literatur bisher nur allgemeine Hinweise statt detaillierter Richtlinien zur Absicherung von Cloud Infrastrukturen vorgibt, wurde am Cloud Research Lab der Hochschule Furtwangen in Zusammenarbeit mit den Forschungspartnern ein

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Sicherheit Abbildung 1: Auszug Katalog Auditprüfkriterien für Cloud Umgebungen. Auditprüfkriterienkatalog für Cloud Umgebungen entwickelt [2]. Der Katalog richtet sich an professionelle Cloud Anwender mit Sicherheitsbewusstsein, IT-Entscheider, die sich mit der möglichen Nutzung von Cloud Computing befassen, Cloud Provider und deren Administratoren, die eine sichere Cloud bereitstellen wollen, sowie IT- Sicherheitsdienstleister, die eine Cloud Infrastruktur prüfen. Er umfasst über 140 Prüfkriterien, unterteilt in die Kategorien: Benutzerzugriff, Netzwerk & Peripherie, Cloud Management System, Cloud Hosts, Cloud Backend Storagesysteme, Infrastrukturübergreifende Kriterien, Zugriff durch Mitarbeiter des Cloud Service Providers (CSP), Infrastructure as a Service (IaaS) spezifische Kriterien, Platform as a Service (PaaS) spezifische Kriterien und Software as a Service (SaaS) spezifische Kriterien. Die Kriterien behandeln sowohl organisatorische als auch technische Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz von Cloud Computing Umgebungen. Die Prüfkriterien sind in drei Schutzbedarfskategorien, entsprechend des IT-Grundschutzhandbuches des Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik eingeordnet. Nutzer können dadurch die notwendigen Prüfkriterien abhängig der Klassifikation des Schutzbedarfes Ihrer Daten und Anwendungen filtern. Abbildung 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Katalog, gefiltert nach Schutzbedarfskategorie A, Detailbeschreibungen ausgeblendet. Zur Integration in einen ggf. bereits bestehenden Auditierungsprozess sind die Auditprüfkriterien zusätzlich nach typischen Auditbereichen klassifiziert. Der Anwender kann die Prüfkriterien nach den Bereichen Organisation & Vertrag, Technik & Betrieb, Monitoring, Datensicherung, sowie Notfallmanagement & Business Continuity Management (BCM) sortieren und diese so an entsprechender Stelle in seinen Auditierungsablauf einfließen lassen. Der Katalog sowie eine sortierbare Excel Liste mit allen Prüfkriterien kann unter http://www.wolke. hs-furtwangen.de/currentprojects/saaas heruntergeladen werden. Auditarchitektur: Security Audit as a Service Zur Adressierung der identifizierten, Cloud-spezifischen Sicherheitsprobleme wird die Security Audit as a Service (SAaaS) Architektur entwickelt - ein System, das automatisch Sicherheitsverletzungen detektiert und meldet. Die Kernkomponente der Architektur ist ein verteiltes Agentensystem bestehend aus Software-Sensoren (Agenten), die an strategisch wichtigen Punkten einer Cloud Umgebung verteilt sind und sicherheitsrelevante Ereignisse überwachen. Sicherheitsrichtlinien ermöglichen es dem Cloud Nutzer als auch dem Cloud Provider Sicherheitsanforderungen an die Cloud Umgebung zu stellen. Die Einhaltung derer wird durch die Sensor-Agenten überwacht. Detektiert ein SensorAgent eine Änderung der Cloud Ressource überprüft automatisch ein spezieller Auditagent, ob diese Änderungen den gewünschten Sicherheitszustand der Cloud beeinflussen. D.h. es wird ein zielgerichtetes Audit durchgeführt. Dabei werden vor allem Cloud-spezifische Vorgänge, z.B. das automatische Auf- und Abskalieren von Cloud Ressourcen, eva-

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Sicherheit luiert. Das folgende Szenario erläutert, wie Änderungen innerhalb der Cloud Infrastruktur erkannt und automatisch durch ein spezifisches Audit evaluiert werden. Ausgangssituation: Cloud-Kunde A betreibt mehrere Cloud Instanzen (VMs) auf für ihn exklusiv reservierten Cloud Systemen (Cloud Host) innerhalb einer Cloud Umgebung. Alle VMs zusammen stellen einen Onlineshop zur Verfügung. Die Konfiguration der VM-Instanzen ist abgeschlossen, Sensor-Agenten vor Ort überwachen den Zustand der VMs, z.B. unerlaubte Änderungen von Konfigurationsdateien. Periodisch stattfindende Sicherheitsaudits überprüfen die Einhaltung der Sicherheitsanforderungen der laufenden VMs. Aktion 1: Ein Administrator von Cloud-Kunde A erstellt eine neue VM mit einem Onlineshop. Reaktion 1: Die Existenz dieser neuen VM auf dem kundenexklusiven Cloud Host wird vom SensorAgenten des Cloud Managementsystems detektiert. Automatisch wird ein neuer Audit-Agent auf den Cloud Host transferiert, der in einem Mini-Audit die exklusive Nutzung des Cloud Hosts durch Kunde A verifiziert. Es wird kein Alarm gegeben, da diese Änderung der Infrastruktur mit den Sicherheitsanforderungen konform ist. Aktion 2: Der Administrator des Kunden A konfiguriert anschließend die neue VM. Da der VM-Typ „Webserver“ ausgewählt wurde, wurden automatisch die notwendigen Sensor-Agenten mit den Sicher- heitsanforderungen des Kunden A erstellt und auf die VM transferiert. Diese überwachen den Zustand bestimmter Konfigurationsdateien, u. a. auch die des Webservers. Diese wird von dem Administrator nun geändert. Reaktion 2: Die Änderung wird automatisch von einem Sensor-Agenten detektiert. Da sich somit die VM geändert hat, wird automatisch ein neuer AuditAgent mit den geltenden Sicherheitsanforderungen für Webserver-VMs des Kunden A erstellt und auf die VM transferiert. Die Einhaltung der Sicherheitsanforderungen wird unter Zuhilfenahme von dazu notwendigen Softwaretools, z.B. Shell-Skripte, überprüft. In unserem Szenario hat der Administrator die Webserver Konfiguration „AuthType Basic“ vorgenommen, die gegen eine Sicherheitsrichtlinie von Kunde A verstößt. Dies wird durch das Audit detektiert und in einem Auditbericht dokumentiert. Der Bericht wird nach Abschluss des Audits automatisch erstellt und an den Nutzer (Kunde A) übermittelt. Der Auditagent löscht sich nach dem Audit selbständig. Abbildung 2 stellt die beteiligten Komponenten der SAaaS Architektur bildlich vereinfacht dar: Kunde A, der einen erfolgreichen Auditreport geöffnet hat, mehrere Cloud Hosts, auf denen VMs unterschiedlicher Kunden laufen, ein kundenexklusiver Cloud Host mit VMs des Kunden A, Sensor-Agenten, die die VMs überwachen, sowie die Hauptkomponenten der SAaaS Architektur. Dazu zählen: Security Reports Modul – Erstellung von Audit Reports Abbildung 2: SAaaS Szenario Komponenten.

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Sicherheit Security Policies Modul – Verwaltung von Sicherheitsrichtlinien ■ Event Management Modul – Eventverarbeitung, -korrelierung und -speicherung ■ Agent Repository – Speicher und Erzeugung von SAaaS-Agenten ■ Audit Management Modul – Erstellung und Durchführung von Audits ■ Agent Management Modul – Erstellung und Ausrollung von Agenten Das beschriebene Szenario wurde im Rahmen des IEEE Internationalen Services Cup 2012 im Rahmen des 8. IEEE World Congress on Services präsentiert und mit dem zweiten Platz ausgezeichnet. Eine detailliertere Beschreibung der SAaaS-Architektur und der einzelnen Komponenten findet sich in [3]. Zusammenfassung und Ausblick Im Projekt Security Audit as a Service entsteht eine Auditierungsarchitektur für Cloud Umgebungen, die Cloud-spezifische Sicherheitsrisiken fokussiert. Ein Auditprüfkriterienkatalog hilft Cloud Nutzern sowie Cloud Providern und IT-Sicherheitsdienstleistern die Sicherheitsparameter einer Cloud zu überprüfen. Es wurde ein Prototyp der SAaaS Architektur entwickelt, der automatisch den Sicherheitszustand nach einer Infrastrukturänderung validiert. Im nächsten Schritt wird die SAaaS Architektur um die Erkennung von Cloud-spezifischen, kundenübergreifenden Risiken erweitert. Dazu finden Forschungen im Bereich der Verhaltensanalyse statt, um Angriffe gegen das Cloud Managementsystem sowie noch nicht bekannte Angriffe nachweisen zu können. Im Rahmen des SAaaS-Projektes findet eine kooperative Promotion mit der Universität Plymouth, Großbritannien statt. SAaaS ist ein gefördertes Projekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und läuft unter der Projektfördernummer 01BY1116. Doelitzscher, Ruebsamen, Reich, Towards a Domain Specific Security Policy Language for Automatic Audit of Virtual Machine Images (short paper), 4th IEEE International Conference on Cloud Computing Technology and Science (CloudCom 2012), 3rd-6th Dec., Taipei, Taiwan. Doelitzscher, Reich, Auditprüfkriterien für Cloud Umgebungen, Artikel in Hakin9 EXTRA, Ausgabe 4/2012, Okt. 2012. Doelitzscher, Hartmann, Reich, Schaefer, Auditprüfkriterienkatalog für Cloud Infrastrukturen, verfügbar unter: http://wolke. hs-furtwangen.de/currentprojects/saaas Doelitzscher, Fischer, Moskal, Reich, Knahl, Clarke, Validating Cloud Infrastructure Changes by Cloud Audits, Proceedings of the 8th IEEE World Congress on Services (SERVICES2012), ISBN:978-0-7695-4756-5/12, DOI: 10.1109/ SERVICES.2012.12, 24th-29th Jun., Honolulu, Hawaii. Auszeichnung: 2. Platz beim IEEE SERVICES CUP 2012 für Security Audit as a Service Prototyp Doelitzscher, Reich, Knahl, Passfall, Clarke, An agent based business aware incident detection system for cloud environments, Journal of Cloud Computing: Advances, Systems and Applications, http://www. journalofcloudcomputing.com/content/1/1/9, Springer Verlag 2012. Doelitzscher, Reich, Knahl, Clarke, Understanding Cloud Audits, Buchkapitel in: Privacy and Security for Cloud Computing, ISBN: 9781-4471-4188-4, Springer Verlag, 2012. Auszeichnung: Best Paper Award 2011 für Artikel: Sicherheitsprobleme für IT Outsourcing basierend auf Cloud Computing. Literaturverzeichnis [1] Doelitzscher, F., Ardelt, M., Knahl, M., & Reich, C. (2011). Sicherheitsprobleme für IT Outsourcing basierend auf Cloud Computing. HMD-Praxis der Wirtschaftsinformatik (281), 62-70. [2] Doelitzscher, F., Hartmann, T., Reich, C., & Schaefer, M. Auditprüfkriterienkatalog für Cloud Infrastrukturen. http://www.hs- furtwangen.de/publications/ AuditpruefkriterienCloud Computing.pdf: Projekt: Security Audit as a Service. [3] Doelitzscher, F., Reich, C., Knahl, M., & Clarke, N. An autonomous agent based incident detection system for cloud environments. Proceedings of the 3rd IEEE International Conference on Cloud Computing Technology and Science (CloudCom2011), S. 197-204. Veröffentlichungen und Auszeichnungen des SAaaS Projektes 2012 Die folgenden Veröffentlichungen erschienen im Rahmen der Forschung Security Audit as a Service im Projektjahr 2012. Auflistung in chronologischer Reihenfolge:

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Sicherheit Self-Protection in Netzen mit dynamischen Teilnehmern M.Sc. Fabian Berner, Prof. Dr. Mohsen Rezagholi, Prof. Dr. Steffen Thiel, Prof. Dr. Friedbert Kaspar Abstract Security is one of the main challenges of mobile computing. But current devices haven‘t got enough performance to run traditional security software systems on their own. M.SC. FABIAN BERNER Akademischer Mitarbeiter an der Fakultät Informatik, vorher Studium der Allgemeinen Informatik und Advanced Computer Science an der HFU. Forschungsgebiete: IT-Sicherheit, Mobile Computing. Tel. 07723 920 2352 fabian.berner@hs-furtwangen.de In this project we develop a security system called protectedNET with a lightweight performance footprint on the mobile devices. Security checks are run by a central instance, the central event processor, which correlates the security related information. A security gateway is used to restrict the privileges of the network participants. Verbreitung drahtloser Datenübertragungstechniken wurde diese Entwicklung beschleunigt. In drahtlosen Netzen ist der Zugang zum gemeinsamen Übertragungsmedium schwer zu kontrollieren. Dadurch sind auch die Teilnehmer des Netzes schwer zu überwachen. Durch den Trend private Geräte auch für geschäftliche Zwecke einzusetzen, ist eine zentrale Administration der am Netz teilnehmenden Systeme nicht mehr gewährleistet. Das bedeutet, dass jedes Endgerät im Empfangsbereich eines Funknetzes potenziell als Basis für einen Angriff genutzt werden kann. In einem solchen Netz kommt es zu einer Vielzahl von Ereignissen, darunter Ereignisse, die zu Gefahrensituationen bzw. zu einer geänderten Einschätzung der Sicherheitssituation führen können. Eine automatische Analyse der Gefahrensituation und eine daraufhin manuelle Reaktion stellen den aktuellen Stand der Technik dar. Um die Reaktionsautomatisierung bei Gefahrensituationen entscheidend zu verbessern, wurde an der Fakultät Informatik der Hochschule Furtwangen das Konzept eines geschützten Netzes (protectedNET) entwickelt. Das Netz besitzt ein Sicherheitssystem um sich und die Teilnehmer zu schützen. 1 Einleitung Die Infrastruktur von Computernetzen hat sich in den letzten Jahren stark verändert: Ausgehend von fest miteinander verbundenen Computern hin zu lose gekoppelten, mobilen Systemen mit vielen und ständig wechselnden Teilnehmern1. Insbesondere durch die Unter dem Begriff Teilnehmer wird hier das mobile Gerät sowie der Benutzer verstanden. Abbildung 1: Entwurf eines sicheren Netzes.

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Sicherheit Da es sich bei den Teilnehmern oft um mobile Systeme mit beschränkten Ressourcen handelt, müssen große Teile des Sicherheitssystems in das gemeinsam genutzte Netz integriert werden. Abbildung 1 zeigt einen Entwurf des Lösungsansatzes. Das protectedNET kommuniziert über ein Sicherheitsgateway mit der Außenwelt. Das Sicherheitsgateway und die Teilnehmer erzeugen bei bestimmten Ereignissen Events, die von einem zentralen Eventprozessor verarbeitet werden. Dazu werden die Informationen mit verschiedenen Datenquellen abgeglichen und kombiniert. Somit können auch kritische Situationen festgestellt werden, die nur durch die Korrelation der einzelnen Ereignisse erkannt werden können. Sobald eine Gefahrensituation erkannt wird, veranlasst der Eventprozessor entsprechende Reaktionen beim Sicherheitsgateway. Als Reaktion auf Schwachstellen und deren Ausnutzung durch Angriffsvektoren werden dem Teilnehmer abgestuft Privilegien entzogen. Als typisches Anwendungsszenario kann ein Firmennetz für mobile Teilnehmer herangezogen werden: Gerade das erhöhte Sicherheitsbedürfnis in Firmennetzen ist ein ideales Anwendungsbeispiel für das protectedNET. Mit der ständigen Sicherheitsgewährleistung innerhalb des Netzes und dem Schutz vor äußeren Einflüssen ist es möglich, mobilen Teilnehmern den Zugriff auf geschützte Bereiche zu gewähren. Vor dem gleichen Problem stehen auch Forschungsinstitute, Universitäten und Hochschulen, bei denen der Anteil von privaten, nicht administrierten Geräten sogar noch höher ist. Die Wiederherstellung des korrekten Zustands ist teilweise schwierig und kann aufwändiger sein als der Angriff. Der Angreifer hat einen Zeitvorsprung bis die Sicherheit im System wiederhergestellt ist. Neben der Einbruchserkennung mit einem IDS (Intrusion Detection System) können die Teilnehmer eines Netzes auch mit einem Vulnerability Scanner auf Schwachstellen untersucht werden. Dabei handelt es sich allerdings um eine Scanning-Software und nicht um ein Monitoringprogramm. Bisherige Vulnerability Scanner sind also nicht für die ständige, automatische Überwachung geeignet. Die dritte Softwarekategorie bilden die Monitoringprogramme, die zur ständigen Überwachung von Systemen eingesetzt werden können. Monitoringsysteme sind auf die Beobachtung fokussiert, nicht jedoch auf die Korrelation und Reaktion der Ereignisse. PROF. DR. MOHSEN REZAGHOLI Dekan Fakultät Informatik Forschungsgebiete: IT-Sicherheit, Software Engineering, Softwarequalität Tel. 07723 920 2325 rmo@hs-furtwangen.de 3 Forschungsbeitrag 3.1 Forschungsfragestellung und erwartete Ergebnisse Die Forschungslücke, die durch den skizzierten Lösungsansatz „protectedNET“ geschlossen werden soll, ist die Reaktionsautomatisierung. Bisher müssen Reaktionen auf Sicherheitslücken weitgehend manuell durch Administratoren durchgeführt werden. Das protectedNET-Konzept überträgt die Verantwortung für den Selbstschutz (Self-Protection) auf das Netz. Aus der obenstehenden Problembeschreibung lassen sich die folgenden Forschungsfragestellungen ableiten: Forschungsfrage 1: Wie kann die Reaktion auf erkannte Sicherheitslücken automatisiert werden? ■ Wie können Reaktionen formalisiert werden? ■ Welche Privilegien können entzogen werden? ■ Welche Grenzen hat die Automatisierbarkeit von Reaktionen und mit welchen Nebeneffekten muss gerechnet werden? Hypothese 1: Die Grenzen der Reaktionsautomatisierung ergeben sich aus den Grenzen der Detektierbarkeit von Sicherheitslücken. PROF. DR. STEFFEN THIEL Professor für Softwaretechnik an der Fakultät Informatik, Studiendekan des Studiengangs Software Produktmanagement. Forschungsgebiete: IT-Sicherheit, Software-Produktlinien, Softwarearchitekturen, Software-Visualisierung und Software-Evolution Tel. 07723 920 2411 tef@hs-furtwangen.de 2 Forschungsstand Die Entwicklung eines neuen, automatisierten Reaktionssystems baut auf den Möglichkeiten zur Erkennung von Sicherheitslücken sowie weiteren Reaktionsautomatisierungskonzepten auf. Bisherige Reaktionsautomatisierungsansätze haben allerdings einige Probleme [1]: ■ Das System bleibt bis zum Abschluss der Gegenreaktion in dem unsicheren Zustand.

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Sicherheit Entsprechend der ersten Hypothese müssen für die Beantwortung der Möglichkeiten zur Reaktionsautomatisierung auch die folgenden Fragen untersucht werden: Forschungsfrage 2: Wie können Sicherheitslücken in mobilen Netzen erkannt werden? ■ Welche Erkennungsmechanismen für Sicherheitslücken sind für Netze und den Datenverkehr in Netzen geeignet? ■ Welche Daten und Informationen werden von den Erkennungsmechanismen benötigt und müssen geeignet formalisiert werden? ■ Bei welchen Ereignissen müssen die Teilnehmer Events generieren, um die Sicherheitslückendetektion zur Laufzeit unterstützen zu können? ■ Wie können Sicherheitslücken auf einem höheren Abstraktionsniveau beschrieben werden? ■ Gibt es statistisch unabhängige Analyseverfahren, die kombiniert zuverlässigere Ergebnisse ermöglichen? Hypothese 2: Sowohl die bisherigen Grenzen als auch die Zuverlässigkeit der Analyseergebnisse können durch zusätzliche Informationen erweitert bzw. verbessert werden. 3.2 Eigener Beitrag Der beschriebene Lösungsansatz unterscheidet sich in mehreren Punkten von existierenden Sicherheitssystemen und Forschungsbeiträgen. Unterschiede zu bisherigen Sicherungskonzepten In heutigen Netzen werden entweder Einzelsysteme geschützt (bspw. Mandatory Access Control-Systeme oder Malwarescanner) oder die Grenzen des Netzes überwacht (z.B. Firewalls). Das bedeutet, dass Computer und Netze vor Angriffen von außen geschützt werden. Die Teilnehmer innerhalb eines gesicherten Netzes werden dabei meist nicht als Sicherheitsrisiko betrachtet. Dadurch sind Angriffe innerhalb eines Netzes leichter durchzuführen als von außerhalb. Dieses Sicherheitskonzept ist für Netze mit fest integrierten Teilnehmern ausreichend. Teilnehmer in modernen, dynamischen Netzen können aber ständig zwischen verschiedenen Netzen hin und her wechseln und somit selbst zur Sicherheitsgefährdung beitragen. Im protectedNET-Ansatz wird das Netz sowohl intern als auch nach außen hin (extern) überwacht. Somit können auch Gefahren identifiziert werden, die innerhalb des Netzes entstehen. Unterschiede zu bisherigen Sicherheitssystemen Auch im Vergleich zu ID- und IR-Systemen (Intrusion Response Systems) unterscheidet sich der protectedNET-Ansatz in mehreren Punkten. Sowohl die Sicherheitsprüfung als auch die Gewährung und der Entzug von Privilegien werden durch eine zentrale Instanz gewährleistet. Dadurch ergeben sich verschiedene Vorteile, wie beispielsweise die ständige Verfügbarkeit des Sicherheitssystems. Prinzipiell kann davon ausgegangen werden, dass die Sicherheit immer dann gewährleistet wird, wenn der Teilnehmer mit dem Netz verbunden ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass durch die Schaffung einer gemeinsamen Vertrauensbasis auch Informationen der Teilnehmer (Events) verwendet werden können. PROF. DR. FRIEDBERT KASPAR Fakultät Informatik Forschungsgebiete: Computernetze, IT-Sicherheit, Netzwerkmanagement, Programmierung Tel. 07723 920 2415 kas@hs-furtwangen.de 4 Zusammenfassung Die einleitenden Beispiele und Anwendungsszenarien haben gezeigt, dass die ständige Veränderung des Netzes eine durchgängige Statusüberwachung (Monitoring) des gesamten Netzes erfordert. Zur Gewährleistung einer durchgängigen Sicherheitsabdeckung ist es nötig, Sicherheitsbedrohungen zu erkennen, um so – durch entsprechende Reaktionen – die Verwundbarkeit der Netzintegrität zu minimieren. Die Behandlung der Sicherheitslücken (Vulnerability Management) ist ein essentieller Faktor um die Sicherheit in dynamischen Netzen zu verbessern. Eine manuelle Reaktion auf Sicherheitslücken ist aufgrund der hohen Teilnehmerdynamik zu träge. Umfassender Schutz des Netzes und der Teilnehmer ist nur durch automatisierte Unterstützung zu erreichen. Für die Validierungsphase werden vor der Erarbeitung der Lösungskonzepte Kriterien aufgestellt, die zur Prüfung der erzielten Ergebnisse verwendet werden. Für diesen testgetriebenen Ansatz eignet sich die Goal Question Metric-Methode (GQM) [2]. Das Forschungsvorhaben ist praxisorientiert ausgerichtet und zielt darauf ab, die Sicherheit in mobilen Netzen zu verbessern. Trotz der Fokussierung auf Netzsicher-

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Sicherheit heit sind auch andere Anwendungsbereiche denkbar. So könnte das Konzept – zumindest in Teilen – auf andere, lose gekoppelte Systeme, die hohe Sicherheitsanforderungen haben, übertragen werden. Literaturverzeichnis [1] Shameli-Sendi, A., Ezzati-Jivan, N., Jabbarifar, M., and Dagenais, M. 2012. Intrusion Response Systems: Survey and Taxonomy. In IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security, S. H. LEE, Ed., 1–14. [2] Sommerville, I. 2012. Software Engineering. Pearson Studium-IT. Pearson Deutschland; Pearson Studium, München.

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Sicherheit Vertrauensverhältnisse auf Basis der Integritätsprüfung von Software M.Sc. Denis Jurkovic, Prof. Dr. Mohsen Rezagholi, Prof. Dr. Steffen Thiel, Prof. Dr. Friedbert Kaspar Abstract The following article introduces some of the current research of the Research group IT Security. This research concerns a novel way of examining and validating the integrity of mobile devices in wireless networks. This article shall give an impression on the overall goal and current state of the art in the field of mobile security. The main asset of this work is to develop conceptions to enhance security in wireless networks with a massive number of participating mobile devices. The protection of the network participants and the network infrastructure itself therefore stands in the focus of the work. The protection goals shall be achieved by the inspection of the integrity of the software installed on the participating devices of the network. eines einzelnen Netzbetreibers. Aufgrund des meist schwach ausgeprägten Sicherheitsbewusstseins der Teilnehmer und der fehlenden einheitlichen Sicherheitsgewährleistung durch eine zentrale Administration besteht die Gefahr, dass durch die Bewegung in unsicheren Netzen das mobile Gerät kompromittiert und zur Schwachstelle in weiteren Netzen wird. 2 Forschungsstand Im Folgenden werden bereits vorhandene Ansätze und Technologien aufgezeigt, mit denen versucht wird, die genannten bzw. ähnliche Problemstellungen zu lösen. M.SC. DENIS JURKOVIC Akademischer Mitarbeiter der Fakultät Informatik, vorher Studium der Informatik an der HFU. Forschungsgebiete: IT-Sicherheit & mobile Systeme, Trusted Computing Tel. 07723 920 2948 jud@hs-furtwangen.de 2.1 Integritätsprüfung Das Trusted Platform Module (TPM) [8] ist eine Spezifikation der Trusted Computer Group zur Integritätsmessung. Die TPM prüft die Integrität des gesamten Gerätes – vom Bootloader über das Betriebssystem bis hin zu den einzelnen Softwareelementen. Dabei bezieht sich der Ansatz auf eine Hardware root-of-trust2, die als Vertrauensanker dient. Die festgestellte Integrität wird im TPM unveränderbar gespeichert und kann von Dritten abgefragt werden (Attestierung) [5]. Die Mobile Trusted Module (MTM) Spezifikation basiert auf der TPM Spezifikation und bietet nahezu alle Möglichkeiten des TPM [7]. Das MTM spezifiziert Funktionen zur asymmetrischen Verschlüsselung und Generierung von digitalen Signaturen. Mit diesen kryptographischen Mechanismen ist die Implementierung von hardwarebasierten Sicherheitsdiensten wie die Teilnehmerauthentifizierung, Integritätsmessung, Secure Boot und Integritätsattestierung möglich. 1 Motivation und Problemstellung Mobile Geräte gewinnen immer mehr an Bedeutung. Das Schutzniveau dieser Geräte ist oft mangelhaft. Da diese Geräte auch Zugang zu Netzen mit erhöhten Sicherheitsanforderungen erhalten, stellt das ein Problem dar.1 Obwohl die Bedrohung durch Malware (Schadsoftware) im Bereich der Betriebssysteme für mobile Geräte in der Vergangenheit noch moderat ausgefallen ist, ist heute schon abzusehen, dass sich diese Situation bereits in den nächsten Jahren drastisch verändern wird [9]. Die steigende Zahl der gemeldeten Sicherheitslücken im Bereich mobiler Anwendungen ist stark angestiegen [3]. Die vergleichsweise geringen Ressourcen von mobilen Geräten haben es aber bislang erschwert, wirksame Sicherheitskonzepte gegen Malware zu etablieren. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) definiert mobile Endgeräte als Systeme, die es mobilen Teilnehmern ermöglichen, Dienste über drahtlose Netze oder lokal verfügbare mobile Anwendungen zu nutzen [1]. Die root-of-trust stellt die Basis der Vertrauensbildung dar und wird hardwareseitig durch ein spezielles integriertes Hardwaremodul geschaffen. 2.2 Integritätsprüfung zur Laufzeit Gleichzeitig hat sich die Nutzung heutiger Netze verändert. Stationäre Computer werden zunehmend von tragbaren Geräten abgelöst. Die Netzteilnehmer sind nicht mehr nur in eine Infrastruktur integriert, sondern können dynamisch in verschiedene Netze aufgenommen werden. Die durchgängige Sicherheitsgewährleistung liegt damit nicht mehr allein in der Hand Das Integrity Measurement Architecture (IMA) Framework versucht die dynamische Integritätsprüfung umzusetzen. Bei einer zur Ladezeit durchgeführten Integritätsprüfung ist es möglich, dass Elemente mehrfach hintereinander geladen werden. Diese sind bei jedem Aufruf erneut zu prüfen. Daher ist eine

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Sicherheit Integrationsprüfung zur Ladezeit mit hohen Performanceeinbußen verbunden. Sailer et. al. [6] schlagen eine Architektur zur Integritätsmessung vor, die durch die Modifikation des Kernel und des Laufzeitsystems Inhalte prüft sobald sie ins System geladen werden. Dabei wird eine unveränderbare Liste von Prüfungsergebnissen direkt im Kernelbereich vorgehalten, die zur Verringerung der Prüfdurchläufe verwendet wird. Die IMA verwendet ein angepasstes TPM, um die Integrität der internen Kernelliste zu schützen, anstatt kostenintensive Prüfungen direkt durchzuführen. Zur Verbesserung der Performance werden Prüfergebnisse in einem Cache zwischengespeichert. Das spart Prüfrechenzeit, solange der Inhalt nicht geändert wurde. Die steigende Anzahl von Malware zeigt, dass eine große Gefahr für mobile Geräte von der Verbreitung nicht vertrauenswürdiger Software ausgeht. Ziel ist es demzufolge, die Teilnehmerintegrität zunächst anhand der installierten Software des Teilnehmers bewertbar zu machen. Die Architektur soll sich für Netze mit einer hohen Anzahl an mobilen Teilnehmern eignen. Dabei muss insbesondere berücksichtigt werden, dass Teilnehmer in kurzen Zeitabständen dem Netz beitreten und es auch wieder verlassen können. Die Integritätsprüfung darf die Performance des zu überwachenden Systems zu keiner Zeit einschränken. 3.1 Forschungsfragestellungen 2.3 Konzepte mobiler Sicherheit In der Arbeit von T. Jaeger et.al. [4] wird eine sogenannte Policy-Reduced Integrity Measurement Architecture (PRIMA) vorgeschlagen, die auf der IMA und den SELinux Policies aufbaut. Diese Architektur dient zur Integritätsprüfung des Informationsflusses. Zum einen soll durch die Kontrolle des Informationsflusses das Verhalten und die Integrität der Information zur Laufzeit bestimmt werden können. Zum anderen soll der Ansatz effizient einsetzbar sein, da es nicht mehr nötig ist, allen Systemkomponenten zu jeder Zeit voll zu vertrauen. Das TrustDroid-Projekt der Technischen Universität Darmstadt setzt zur Sicherung des Android Betriebssystems auf die Separierung von Applikationen [2]. TrustDroid ordnet Applikationen verschiedenen Domänen zu und kontrolliert und beschränkt jede Kommunikation zwischen Anwendungen unterschiedlicher Domänen. Das zugrunde liegende Sicherheitsmodell setzt ein integeres Laufzeitsystem voraus. Das Konzept stützt sich auf die MTM. Der Stand der Forschung bietet bereits heute Möglichkeiten und Ansätze zur Integritätsprüfung. Dennoch sind die folgenden Fragen noch offen. 1. Wie können Eingriffe in eine mobile Plattform für einen zuverlässigen Integritätsnachweis minimiert werden? Die heutigen Ansätze zur Integrationsprüfung erfordern tiefe Eingriffe in die Hardware des Endgerätes oder des Betriebssystems. Das erschwert die Integration in mobile Plattformen und stellt ein Problem bezüglich der Akzeptanz des Benutzers für einen solchen Lösungsansatz dar. Hardwarelösungen sind nur durch Modifikation des Gerätes durch den Hersteller umsetzbar, was einen hohen Integrationsaufwand erforderlich macht. 2. Wie kann eine umfassende dynamische Integritätsprüfung von Software mobiler Plattformen ermöglicht werden? Die TPM unterstützt nur eine Art der Integritätsprüfung, nämlich die Ladezeit-Integrität (vgl. Abschnitt 2.1). Hier werden Daten und Quellcode geprüft, wenn sie in den Hauptspeicher geladen werden. Eine Prüfung des dynamischen Verhaltens der Softwarekomponenten (d.h. zur Laufzeit) findet nicht statt. Der Ansatz PRIMA hingegen (vgl. Kapitel 2.2) fokussiert den Informationsfluss der Systeme und nutzt ihn zur Messung der Laufzeit-Integrität. Die tatsächlich 3 Ziele der Forschung Die Forschungsarbeit soll eine Lösung zum Aufbau von Vertrauensverhältnissen zwischen Netzinfrastruktur und Teilnehmer entwickeln. Forschungsschwerpunkt ist die Konzeption und Umsetzung einer geeigneten Architektur zur verbesserten Integritätsprüfung von Teilnehmern.

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Sicherheit installierte Software und deren Veränderungen bleiben unberücksichtigt [4]. Aus diesen Fragen ergibt sich die zentrale Fragestellung: „Wie kann die Integrität eines mobilen Teilnehmers sowohl beim Bootvorgang als auch zur Laufzeit anhand der vorhandenen Software wirksam festgestellt, analysiert und bewertet werden, um die Integrität als Grundlage zur Vertrauensbildung in einem Netz für mobile Teilnehmer zu verwenden?“ 4 Ausblick Im nächsten Schritt der Arbeit werden die aktuellen Technologien hinsichtlich Ihrer Eignung betrachtet und bewertet. Durch systematische Literaturrecherche werden Lösungsansätze betrachtet aus denen die angestrebte Architektur geplant und entwickelt werden kann. Literaturverzeichnis [1] Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI); https://www.bsi.bund.de/ DE/Themen/weitereThemen/MobileSecurity/ MobileEndgeraete/mobileendgeraete_node.html (Aufruf: 16.07.12). [2] S. Bugiel, L. Davi, A. Dmitrienko, S. Heuser, A.R. Sadeghi, B. Shastry: Practical and Lightweight Domain Isolation on Android; SPSM’11 Chicago, USA (2011). [3] Gartner November 2011: Gartner Says Sales of Mobile Devices Grew 5.6 Percent in Third Quarter of 2011; Smartphone Sales Increased 42 Percent http://www.gartner.com/it/page.jsp?id=1848514 (Aufruf am 16.05.2012). [4] T. Jaeger, R. Sailer, U. Shanker: PRIMA: Policy Reduced Integrity Measurement Architecture; SACMAT’06, Lake Tahoe, USA 2006. [5] M. La Polla, F. Martinelli, D. Sgandurra: A Survey on Security for Mobile Devices, IEEE Communications Survey & Tutorials (2012). [6] R. Sailer, X. Zhang, T. Jaeger, L. v. Doorn: Design and Implementation of a TCG-based Integrity Measurement Architecture – USENIX Security Symposium, San Diego, USA 2004. [7] TCG Mobile Trusted Module Specification Version 1.0 Revision 7.02, April 2010. [8] The Trusted Computer Group Project Website, http://www.trustedcomputinggroup.org/ (Aufruf: 12.06.12). [9] Q. Yan, Y. Li, T. Li, and R. Deng: Insights into Malware: Detection and Prevention on Mobile Phones; in: Security Technology, D. Slzak, T. Kim, W.-C. Fang, and K. P. Arnett, Eds. Springer Berlin Heidelberg, 2009. Die Beantwortung der zentralen Forschungsfrage erfordert u.a. die Klärung folgender Punkte: Wie kann eine root-of-trust ohne tiefgehende Eingriffe in die Geräteplattform ermöglicht werden? Welche Strategien zur Risikoanalyse eines Teilnehmers sind möglich und sinnvoll? In welchen Situationen ist die Prüfung von Netzteilnehmern zwingend erforderlich? Welche Anforderungen an die Effektivität müssen gestellt werden, um die Performanceeinbußen des mobilen Gerätes durch die Sicherheitsmechanismen gering zu halten? Welche Mechanismen eignen sich, um die Kommunikation zwischen Teilnehmer und Infrastruktur zu sichern? 3.2 Erwartetes Ergebnis Ein wesentliches Ergebnis der Arbeit soll die Definition und prototypische Umsetzung einer Architektur sein, die ein spezifiziertes Maß an Vertrauen zwischen Infrastruktur und Netzteilnehmer ermöglicht. Die Architektur soll die Feststellung der Integrität eines Teilnehmers sowohl zur Laufzeit als auch zur Bootzeit der Software des mobilen Gerätes ermöglichen. Ebenso soll die Integrität auf verschiedenen Ebenen gewährleistet werden, z.B. die Integrität eines Teilnehmers oder die einzelner Softwarekomponenten. Die Basis der Integritätsprüfung ist die installierte Software des Endgerätes. Die Umsetzung der Architektur soll nur minimale Eingriffe in die mobile Plattform erfordern und die Performance des Gesamtsystems nicht nennenswert beeinträchtigen.

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Energie LED-Netzwerk Schwarzwald – Einführung von LEDs in der kommunalen Straßen- und Innenbeleuchtung Prof. Dr. Paola Belloni, B.Sc. Nina Heinig Die Herausforderung bestand also darin, bei minimalen Kosten und Beibehalten der Mastabstände sowie der Lichtpunkthöhen ein normkonformes und energiesparendes Beleuchtungsergebnis zu erzielen. Ein weiteres wichtiges Ziel war die Untersuchung der Akzeptanz in der Bevölkerung sowie das Beseitigen von Vorurteilen wie Blendung gegenüber dieser Technologie. Abstract The „LED-Netzwerk Schwarzwald“ is a project sponsored by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) and focused on the introduction of LED-sources in representative outdoor and indoor illumination applications of the four participating cities/communities. Its main goal is to demonstrate that LED-based luminaries can provide a qualitative superior and norm compliant illumination while significantly saving energy and reducing maintenance costs. Moreover, issues related to the visual perception of the LED-sources like uncomfortable glare and cool, bluish light color have been addressed as well. For this purpose an extensive, statistically relevant analysis of the acceptance of LED-based illumination has been carried out among the citizens of the four cities/communities. PROF. DR. PAOLA BELLONI Fakultät Wirtschaftsingenieurwesen Lehrgebiete: Physik, optische Simulationen, Lichttechnik Mitglied des Instituts für Angewandte Forschung der HFU. Tel. 07723 920 2197 bel@hs-furtwangen.de Methoden Ziel dieses Projektes ist es, in den vier Kommunen ein breites und systematisiertes LED-Beleuchtungskonzept umzusetzen, mit dem nachhaltige Energieeinsparungen erreicht werden. Durch die wissenschaftliche Begleitung soll die alte herkömmliche Beleuchtung mit den neuen LED-Lösungen verglichen und bewertet werden. Lichttechnische Messungen Um alt und neu vergleichen zu können, wurden lichttechnische Messungen sowohl vor als auch nach der Umrüstung auf LED durchgeführt. Es wurden unterschiedliche räumliche, verkehrstechnische und architektonische Situationen ausgesucht, welche typisch für die Kommunen sind und einen hohen Demonstrations- und Übertragbarkeitswert als Beleuchtungsmodelle haben. Einleitung Das „LED-Netzwerk Schwarzwald“ ist ein Verbundprojekt der vier Kommunen Königsfeld, Mönchweiler, St. Georgen, Villingen-Schwenningen und deren Industriepartnern und gehört zu den Gewinnern des Wettbewerbs „Kommunen in neuem Licht“, der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Jahr 2010 ausgeschrieben wurde. In dem vom BMBF geförderten Projekt wird die bestehende Straßenbeleuchtung durch Einsatz von LED-Modulen auf LED-Beleuchtung umgerüstet. Exemplarisch werden einige wichtige und repräsentative Straßen und Plätze zur Bestückung mit LED-Lösungen ausgewählt. Zu berücksichtigen war auch, dass die Umrüstung auf Basis der vorhandenen Leuchten-Masten und deren Anordnung stattfinden sollte, was strenge Rahmenbedingungen für die Lichtplanung mit sich brachte. Definierte Beleuchtungsmodelle ■ Modell ■ Modell 1: Historischer Ortskern 2: Repräsentativer Straßenraum ■ Modell 3: Wohngebiet ■ Modell 4: Sammelstraße ■ Modell 5: Durchfahrtstraße ■ Modell 6: Wegebeleuchtung ■ Modell 7: Inszenierung ■ Modell 8: Innenbeleuchtung ■ Modell 9: Sensor-LED, intelligente Lichtstrecke Für jedes der neun definierten Modelle wurden mehrere – insgesamt 16 – Messfelder ausgewählt. Vor der Messung der Altanlage wurden die Leuchten

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Energie Befragung Parallel zu den lichttechnischen Messungen fand eine umfassende Bürgerbefragung statt, um die Akzeptanz der neuen LED-Beleuchtung in der Bevölkerung zu dokumentieren. Hierzu wurde ein Fragebogen entwickelt, der aus ca. 25 Fragen besteht. Dabei handelt es sich um Fragen zur Person sowie um Fragen zur Empfindung von Ästhetik, Sicherheit und Qualität der Leuchten und des Lichts. Ziel der Befragung sollte auch sein, die Bewohner der vier Kommunen über die LED-Beleuchtung zu informieren und evtl. verbreitete Vorurteile gegenüber der neuen Technologie zu beseitigen. Abb. 1: Grundriss des Doppelbüros im ersten Stock des Rathauses St. Georgen. B.SC. NINA HEINIG Akademische Mitarbeiterin der Fakultät Wirtschaftsingenieurwesen. Vorher Studium der Medizintechnik an der HFU. Fokus: Forschungsprojekt LED-Netzwerk Schwarzwald Tel. 07723 920 2419 heni@hs-furtwangen.de Um möglichst viele Bürger zu erreichen, wurden drei Befragungsmethoden eingesetzt: ■ Direkte Befragung und Lampen des ausgewählten Messfeldes jeweils gewartet und gereinigt, um zu verhindern, dass man die alte Beleuchtung im verschmutzten und alten Lampenzustand mit der neuen, sauberen LED-Beleuchtung vergleicht. Messfelddefinition und Messungen fanden nach den Vorgaben der DIN EN 13201 – „Straßenbeleuchtung“ statt. Neben den Messfeldern in der Straßenbeleuchtung gab es auch ein Innenbeleuchtungsprojekt – die Bürobeleuchtung im Rathaus St. Georgen. Hier wurde die alte, nicht arbeitsplatzbezogene Allgemeinbeleuchtung aus T8-Leuchtstoffröhren flächendeckend durch mobile, energiesparende LED-Arbeitsplatzbeleuchtung aus Steh- und Schreibtischleuchten der Firma Waldmann ersetzt. Auch hier wurden lichttechnische Messungen durchgeführt, wofür zwei exemplarische Büros – ein Einzel- und ein Doppelbüro – ausgewählt wurden. Die Messungen fanden nach den Vorgaben der DIN EN 12464-1 „Licht und Beleuchtung – Beleuchtung von Arbeitsstätten – Teil 1: Arbeitsstätte in Innenräumen“ statt. Die Messung der Beleuchtungsstärke in den Bereichen Sehaufgabe, Umgebung und Hintergrund (Abb. 1) sind für eine vollständige, lichttechnische Analyse der Arbeitsstätte erforderlich. ■ Briefsendungen ■ Online-Umfrage Eine fundierte, statistische Analyse der Ergebnisse und deren Veröffentlichung auf einer zielgruppengerechten Homepage sichert die nachhaltige Einbindung der Bevölkerung in den gewünschten Rückkopplungsprozess. Abb. 2: Beleuchtungsstärke E [lx] in der Friedrichstraße, Königsfeld vor (80W Quecksilber-Hochdruckentladungslampe, links) und nach der Umrüstung auf LED-Lichtquelle. Abb. 3: Beleuchtungsstärke E [lx] in der Hammerhalde, Villingen vor (70W Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe, links) und nach der Umrüstung auf LED.

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Energie Abb. 4: Beleuchtungsstärke im Bereich der Sehaufgabe im Doppelbüro vor und nach Umrüstung auf LED. Rechts jeweils die Werte für mittlere, Mindest- und maximale Beleuchtungsstärke Em, sowie Gleichmäßigkeit Uo. Modell Historischer Ortskern Messfeld Münsterplatz, Villingen Rathausplatz, Königsfeld Marktplatz, St. Georgen Ausgangszustand normkonform ja nein ja nein nein ja nein ja nein ja nein – ja keine Normvorgaben – Neuzustand normkonform ja ja ja ja ja ja nein* ja nein* ja nein* ja ja Energieeinsparung 35% – 0% 35% 74% 41% 40% 42% 74% 73% 68% 56% Repräsentativer Straßenraum Wohngebiet Obere Gerwigstraße, St. Georgen Friedrichstraße, Königsfeld Bertha-v.-Suttner-Str., Schwenningen Ginsterweg, Mönchweiler Sammelstraße Hammerhalde, Villingen Buchenbergerstraße, Königsfeld Untere Gerwigstraße, St. Georgen Durchfahrtstraße Wegebeleuchtung Luisenstraße, Königsfeld Bickensteg, Villingen Unterführung Untere Mühlenstraße, Mönchweiler Inszenierung Sensor-LED, intelligente Solarbeleuchtung Bickentor, Villingen Sportplatzweg, Mönchweiler nein* Tab. 1: Normkonformität (nach DIN EN13201-2 „Straßenbeleuchtung – Teil 2: Gütemerkmale“) und Energieeinsparung. *Die Nichteinhaltung der Normkonformität beruht auf verschiedenen Gründen wie ein zu großer, nicht veränderbare Mastabstand oder zu dichter Baumbestand.

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Energie Abb. 5: Frage nach der empfundenen Helligkeit der alten und neuen Beleuchtung. Abb. 6: Frage nach der Blendung der alten und neuen Beleuchtung. Abb. 7: Vom Alter abhängige Einschätzung der Erkennbarkeit von Farben unter der LED-Beleuchtung. Abb. 8: Akzeptanz der Lichtfarbe der LED-Beleuchtung in Abhängigkeit des Alters der Befragten. Ergebnisse Lichttechnische Messungen Mit den lichttechnischen Messungen im Ausgangs- und im Endzustand sollte zum einen ermittelt werden, ob die Beleuchtung normkonform ist und zum anderen festgestellt werden, wie viel Energie eingespart wird. In den folgenden Abbildungen (Abb. 2, Abb. 3) sieht man die Beleuchtungsstärke in der Friedrichstraße in Königsfeld (Modell 2: Repräsentativer Straßenraum) sowie in der Hammerhalde in Villingen (Modell 4: Sammelstraße) vor und nach der Umrüstung auf LED-Lichtquellen in grafischer Darstellung. Die folgende Tabelle (Tab. 1) zeigt die Normkonformität der Messfelder vor und nach der Umrüstung auf LED sowie die durch die Umrüstung erreichte prozentuale Energieeinsparung pro Messfeld. Die Ergebnisse der Messungen (Abb. 4) in den Büroräumen des Rathauses St. Georgen ergaben, dass durch die Umrüstung eine qualitativ hochwertige und normkonforme Beleuchtung am Arbeitsplatz erreicht werden konnte. Befragung Die Bürgerbefragung wurde Ende September abgeschlossen und zeigt ein überwiegend positives Feedback der Bevölkerung zur neuen LED-Beleuchtung. Folgende Diagramme (Abb. 5, Abb. 6) zeigen zwei exemplarische Fragen und die Antworten der 371 befragten Personen. Neben dieser einfachen Auswertung der Gesamtbefragung werden aktuell detaillierte, statistische Analysen durchgeführt, wobei die Ergebnisse in Abhängigkeit unterschiedlicher Faktoren – wie z.B. das Alter der Befragten, oder das Straßenmodell – betrachtet werden.

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Energie Abb. 9: Frage zur Helligkeit der Beleuchtung im Büro. Abb. 10: Frage zur Blendung der Beleuchtung im Büro. In den folgenden Abbildungen sind z.B. die Einschätzung der Erkennbarkeit von Farben unter der neuen LED-Beleuchtung sowie die Akzeptanz der Lichtfarbe in Abhängigkeit des Alters der Befragten dargestellt. Die erste Grafik (Abb. 7) zeigt, dass ältere Menschen die Farberkennung schlechter einschätzen als junge Menschen. Im zweiten Bild (Abb. 8) ist zu sehen, dass die Akzeptanz der neuen, meist kälteren Lichtfarbe mit dem Alter der Befragten abnimmt. Im Rathaus St. Georgen wurden ebenfalls Befragungen und persönliche Interviews durchgeführt, um zu erfahren, wie die Akzeptanz der neuen mobilen Arbeitsplatzbeleuchtung unter den Mitarbeitern aussieht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Lichtqualität aus Sicht der Mitarbeiter verbessert hat und sie sich von der teils indirekten Beleuchtung weniger geblendet fühlen als zuvor. An der Befragung, aus der die zwei Fragen in Abb. 9 und Abb. 10 stammen, haben 25 Personen teilgenommen – rund 60% der gesamten Rathausmitarbeiter. LED-Beleuchtung gleichzeitig lichttechnisch hochwertig und normkonform sein kann. Neu und innovativ ist die Art der Bürgereinbindung und -befragung in Bezug auf Straßen- und Innenbeleuchtung, welche bis dato so noch nie durchgeführt wurden. Den Bewohnern werden nicht nur quantitative sondern auch qualitative Fragen nach sozialwissenschaftlichen Methoden gestellt. Eine sowohl quantitative als auch qualitative Analyse der Befragung wird durchgeführt und die Ergebnisse dieser statistischen Analyse in einer Veröffentlichung zusammengefasst. Auch die lichttechnischen Messungen werden, gemeinsam mit denen der anderen „Kommunen in neuem Licht“-Projekte, unter der Leitung der TU Darmstadt in einem Handbuch zusammengefasst, welches deutschlandweit als Hilfe zur Umrüstung der kommunalen Beleuchtung auf LED dienen soll. Literaturverzeichnis Zusammenfassung und Ausblick Eine Besonderheit dieses Projektes ist, dass die Vielfältigkeit in der Lösung der Umrüstung der Straßen- und Innenbeleuchtung auf LED durch ausführlich dokumentierte lichttechnische Messungen erfolgreich umgesetzt wurde. Durch die Auswahl von neun unterschiedlichen Beleuchtungsmodellen können neun verschiedene Lösungen unter spezifischen Rahmenbedingungen gezeigt werden. Diese Lösungen zeigen außerdem, dass eine energiesparende Umrüstung auf DIN 13201-1 Straßenbeleuchtung Teil 1: Auswahl der Beleuchtungsklasse DIN EN 13201 Straßenbeleuchtung Teil 2: Gütemerkmale Teil 3: Berechnung der Gütemerkmale Teil 4: Methoden zur Messung der Gütemerkmale von Straßenbeleuchtungsanlagen DIN EN 12464-1 Beleuchtung von Arbeitsstätten Teil 1: Arbeitsstätte in Innenräumen

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Energie EFFIZIENZ + GESTALTUNG EFFIZIENZ: Hess hat seine Produktentwicklung auf Energieeffizienz ausgerichtet. So bietet das Unternehmen eine Reihe von Produkten zur energieeffizienten Straßenbeleuchtung. Für Städte und Gemeinden ist Hess der richtige Partner wenn es um Sanierung und Renovierung von Stadtbeleuchtung geht. Optimierte Reflektoren und neue Lichttechniken, wie beispielsweise LED, zeichnen energieeffiziente Hess-Leuchten aus. GESTALTUNG: Die eigenständige Formensprache und die Qualität sowie die auf die jeweilige Nutzung optimal zugeschnittene hochwertige Lichttechnik, wartungsfreundliche Konstruktion, hochwertigen Materialien und solide Verarbeitung, haben Hess zu einer internationalen Marke gemacht. Die Produkte werden in über 50 Länder weltweit exportiert. Zum Leistungsangebot von Hess gehört die individuelle Unterstützung von Projekten. Die Spezialisten bei Hess begleiten Architekten, Planer, Städte, Gemeinden und Bauherren von der Planung bis zur Installation der Leuchten und entwickeln, wenn erforderlich, auch Sonderlösungen. Hochschul Jahresbericht JA HRE e Augsburg | Hochschul 2011 der Hochschule Augsburg SBE RIC e für angewandt e Wissensch aften 2011 KESSLER report Menschen | Maschinen | Technologien | Trends 04/12 Bitte erst am 20.12.2012 öffnen GRENZENLOS kirchen für Garmisch-Parten Urlaubsmagazin Zugspitz Arena und die Tiroler Entdecke deine DER WAHRE GENUSS Was erstklassige Whiskys und Magazine gemeinsam haben DIE 2013 Winter 2012| WAHRE www.gapa.de FREUDE F FREU Wie Preise und Awards unseren d unser Kunden zugute kommen e men wahre Natur. LOCKER 6 E mo E-mobil durch Wenn die Schanze ruft LEISER 14den Winter LECKER 26 tanken Herzhaft Energie Corporate Publishing bringt Farbe in Ihre Kommunikation. Sie wird vielfältig, setzt Akzente und bleibt in Erinnerung. Entdecke Deine Maga Beru und ILIE FAM leben 2012 #06· € B59654 3,10 d chlan en Deuts junior wahre Natur. chafts Wirts zin der Die bunte CP-Welt: | Hochschulpublikationen | Kundenzeitschriften | Geschäftsberichte | Mitarbeitermagazine | Broschüren | Newsletter | Gästemagazine | E-Journals | Firmenvideos Weiterführende Informationen finden Sie auf unserer Homepage: www.hess.eu Corporate Publishing Kathrin Reichherzer | Tel: +49 (0)821 4405-432 kathrin.reichherzer@vmm-wirtschaftsverlag.de www.vmm-wirtschaftsverlag.de/cp PATRIZIA

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Energie Kunststoff-Bearbeitungsautomat für die energiesparende und saubere Teilefertigung Prof. Dr.-Ing. Franz Aßbeck, Dipl.-Ing. Simon Grigull, Hans-Jürgen Scherzinger müssen. Diese Kontur behält der Kunststoff dann dauerhaft unter den einsatzspezifisch vorgegebenen Umgebungsbedingungen entsprechend der jeweils anzuwendenden Prüfvorschriften (Toleranzen nach Anwendung von Temperatur-Zeit-Profilen auch mit Unter- und Überdrücken, Vibrationent,...) bei. Beide o.g. konventionellen Verfahren sind sehr energieaufwändig, das Letztere zudem auch noch sehr schmutzig (Einsatz von Ölabscheidern,...) und beide Verfahren sind nur wenig automatisierbar, so dass die diese Verfahren nutzenden Produktionsstätten bisher in Billiglohn- und Billigenergie-Ländern angesiedelt sind [2]. Unsere Innovation setzt am Erwärmungsprozess an, indem wir mit einem neuartigen, patentierten Verfahren die Materialerwärmung elektrisch mittels Hochfrequenz (HF) durchführen. Infolge des viel kompakteren und automatisierten Erwärmungsprozesses kann der gesamte thermische Verformungsvorgang auf ein bedeutend kleineres Maschinenvolumen konzentriert und v.a. „Prozesstakt-synchron“ automatisiert werden. Das Rohmaterial in Form der zugeführten Meterware wird vollautomatisch (z.B. über einen Bestückungsroboter) in unseren „Hochfrequenz-Heizer“ eingeführt, dort innerhalb von etwa 10 bis 50 Sekunden auf die „Verform-Temperatur“ erwärmt und unmittelbar Einleitung Nach dem Stahl-Zeitalter, dem Chip-Zeitalter und dem Kommunikationszeitalter prophezeien viele Experten die nächste Industrie-Epoche sei die der Kunststoffe (erfunden 1909 [1]). PROF. DR.-ING. FRANZ ASSBECK Fakultät Computer & Electrical Engineering. Leiter des Labors für Angewandte Mechatronik und Systemkonstruktion an der HFU. Tel. 07723 920 2172 ass@hs-furtwangen.de Schon bedingt durch die Rohstoffsituation Deutschlands wird bei der Produktion, soweit es die Qualitätsanforderungen zulassen, ein Fokus auf die Verwendung von biologischen (nicht auf Erdöl basierenden) Kunststoffen sowie auf deren echte Recyclingfähigkeit (statt einem Down-Cycling) gelegt. Im Rahmen eines vom Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) geförderten Transferprojekts (ZIM) wurde an der Hochschule Furtwangen (HFU) im Labor für Angewandte Mechatronik und Systemkonstruktion in Kooperation mit einem regionalen mittelständischen Maschinenbau-Unternehmen eine automatisierte Kunststoff-Halbzeug-Bearbeitungsmaschine im Zeitraum 01.02.2011 bis 30.09.2012 entwickelt und getestet. Technische Innovation DIPL.-ING.(FH) SIMON GRIGULL Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor für Angewandte Mechatronik und Systemkonstruktion, ab 2013 in Vorbereitung einer Dissertation Tel. 07723 920 2494 grs@hs-furtwangen.de Nach Stand der Technik erfolgt der Erwärmungsvorgang i.d.R. wie folgt: Kunststoffe in „Meter-Rohware“ (z.B. Rohre, Stangen, Profile,...) werden „per kräftiger Hand“ entweder kalt oder mit einer dem „Werker“ noch zumutbaren Materialtemperatur in eine metallene Schablone (Biegeform oder auch „Backform“ genannt) eingelegt. Meist mehrere Dutzend dieser Formen werden mit den darin eingelegten Halbzeugen entweder in einen Heißluftofen oder ein heißes Wärmeträgermedium (z.B. Öl oder Polyethylenglykol) gebracht [3]. Bei der anschließenden Thermofixierung nimmt das eingespannte Teil im erhitzten Zustand nahe der Schmelztemperatur des jeweiligen Kunststoffes (diese kann je nach Werkstoff im Bereich zwischen ca. 120°C und 250°C liegen) nach dem Entspannen die gewollten Konturen dauerhaft an, wobei rekonstruierbare Rückfederwerte berücksichtigt werden Bild 1: Hochfrequenz-Erwärmungseinheit (unten links) während eines unserer Industrieseminare in unserem Labor.

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Energie danach mit dem mechanischen Werkzeug des Bearbeitungsautomaten verformt. Nach dem Verformungsvorgang wird das bearbeitete Werkstück zwangsgekühlt, bevor es maschinell wieder abgeführt wird (z.B. zur Weiterverarbeitung oder zur Ablage). Der gesamte Bearbeitungsvorgang geschieht nun Prozesstakt-gesteuert, sauber und mit stark reduziertem Energieeinsatz (kleiner einstelliger %-Wert des Energieaufwands vom bisherigen „schmutzigen Verfahren“). Energieeinsatz als auch mit reduzierter Verfahrensstreuung erwärmbar sind. Dabei empfiehlt es sich, die Rohteile vor der HFbasierten Erwärmung einige Stunden in einem warmen Wasserbad zu lagern und damit eine Feuchteaufnahme nahe der Sättigungsgrenze sicher zu stellen. Auch ein entsprechend ausgerüsteter Konditionierungsofen (65°C, 100% rel. Feuchte) liefert im Labor dieselben Ergebnisse, allerdings in wesentlich kürzerer Zeit. Abhängig vom verwendeten Kunststoff (hier: Polyamide) haben wir hierzu in unserem Labor z.B. für das Polyamid PA61 die Sättigungsfeuchte von 9,5% laut Datenblatt [3] experimentell bestätigen können, bei PA122 sind dies nur 1,5%. PA6 wird bei den hohen Feuchtewerten wesentlich elastischer, der E-Modul sinkt (siehe Bild 4). Von diesem E-Modul wiederum lässt sich die Rückstellkraft und damit das „Aufgehen“ eines warmgebogenen Kunststoff-Halbzeuges nach beendeter Thermofixierung ableiten. Die elektrischen Eigenschaften des Materials verschieben sich im Gegenzug mit zunehmender Feuchte zu einer für das angewandte Erwärmungsverfahren eher problematischen, geringeren elektrischen Durchschlagfestigkeit. Die im Material durch Wechselfelder HANS-JÜRGEN SCHERZINGER Technischer Mitarbeiter im Labor für Angewandte Mechatronik und Systemkonstruktion an der HFU. Tel. 07723 920 2495 shj@hs-furtwangen.de Bild 2: Das Halbzeug (nach Verformung im erwärmten Zustand) im Werkzeug. PA6 wird z.B. für Gehäuse von Staubsaugern oder Handbohrmaschinen eingesetzt und ist relativ gut „down-cycle-fähig“, aber für den Kfz-Einsatz nicht zugelassen (Spannungsriß-Bildung bei Kontakt mit Zinkchlorid aus Streusalz) [3]. PA12 wird z.B. für Treibstoffleitungen oder Druckluftleitungen (auch in Spiralform) eingesetzt. Einfluss der Materialvorbereitung (Konditionierung) auf den hochfrequenzbasierten Verformungsprozess Weit mehr als beim Verformen nach konventioneller Erwärmung hat beim HF-basierten Erwärmen die Vorbehandlung (hier: Konditionierung) des Rohlings Einfluss auf die Bearbeitbarkeit und die spätere Formbeständigkeit des Kunststoff-Halbzeugs. Hierzu wurden in unserem Labor für Angewandte Mechatronik und Systemkonstruktion sehr umfangreiche Messreihen durchgeführt. Dabei hat sich bei keiner unserer zahlreichen Messreihen eine Diskrepanz zu den in der einschlägigen Fachliteratur [3] bisher nur recht singulär zu findenden Material-Parameterwerten ergeben. Das nachfolgende Diagramm (Bild 3) zeigt, dass Teile mit hoher Materialfeuchte sowohl mit geringerem Bild 3: Abhängigkeit des Systemwirkungsgrades von der Probentemperatur im HF-Feld mit Parameter Konditionierungszustand (hier: Materialfeuchte).

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Energie entstehenden dielektrischen Verluste steigen allerdings stark an, was zum Vorteil genutzt werden kann. Zunehmende Verbreitung von Kunststoffen und zukünftige Forschungsschwerpunkte Der Einsatz von Kunststoffen auch in bisher den Metallen vorbehaltenen Anwendungen ist derzeit als rasant ansteigend zu beobachten. Bereits im Oktober 2011 wurde daher unter Federführung der IHK Schwarzwald-Baar und des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid das Kunststoff-Institut Südwest gegründet. Daran beteiligen sich z.Z. 20 namhafte regionale Firmen als Kommanditisten [2]. Ein besonderer Innovationstreiber für die zunehmende Marktdurchdringung mit Kunststoffen ist z.B. die Elektromobilität, wo infolge geringerer Temperatur-, aber erhöhter Gewichtsanforderungen die Anwendung von metallischen Werkstoffen rückläufig ist. Ein ebenfalls gerade wachsendes Einsatzgebiet von Kunststoffen tut sich weiterhin im Sanitärbereich auf, wo noch in 2012 ein führender baden-württembergischer Hersteller sein ganzes oberrheinisches Armaturenwerk von Messing- auf Kunststoffproduktion umrüsten wird [2]. Die Vorteile der Kunststoffanwendung liegen hierbei u.a. in den geringen Strömungsverlusten, dem niedrigen Preis und Gewicht. Es liegt auf der Hand, dass bei der absehbaren Steigerung der Kunststoffproduktion unbedingt ein Forschungsschwerpunkt auf „Öl-frei herstellbare Granulate“ sowie eine „möglichst hoch recyclebare Zusammensetzung der KunststoffRohsubstanzen“ gelegt werden muss. Bild 4: Abhängigkeit der Auslenkung einer Probe und damit des E-Moduls von der Konditionierung. Bild 5: Das HFU-Team an einem Bearbeitungsautomaten für PolyamidHalbzeuge. Wirtschaftlicher Effekt des abgeschlossenen Projekts und Ausblick auf eine „Kunststoff-Expertenbasis“ mit Einflussnahme-Möglichkeit auf die Rohteile-Zulieferer hinsichtlich einer echten Recyclebarkeit Mit dieser neuen voll automatisierbaren und energieeffizienten Technologie können ausgelagerte Produktionsstätten auch unter den preislichen Wettbewerbsbedingungen in das Hochlohnland Deutschland zurück geholt werden und die Kunststoffhalbzeugverarbeitung kann zusätzlich in ihrer Flexibilität (Änderungswünsche des Kunden) und Zuverlässigkeit deutlich gesteigert werden. Bild 6:Der Prototyp des Bearbeitungsautomaten mit Heizsystem in unserem F&E-Labor.

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Energie Nach der erfolgreich abgeschlossenen Entwicklung eines Kunststoff-Halbzeug-Bearbeitungsautomaten hat das Team am 01.10.2012 mit einem weiteren Förderprojekt des (Bundeswirtschaftsministerium) BMWi begonnen. In diesem neuen Transferprojekt soll ein Analyseautomat zur automatischen Erstellung einer relativ komplexen Datenbank für die Einstellparameter des bisher entwickelten Kunststoff-Halbzeug-Bearbeitungsautomaten erstellt werden. Damit wird dessen Beschickung mit in Materialart und -abmessung verschiedenen Polyamid-Rohlingen und somit ein universeller Einsatz eines einzigen Fertigungsautomaten ermöglicht werden. Diese Datenbank soll zu einer Art EXPERTENBASIS für die vollautomatische Kunststoff-Halbzeug-Verformung werden und unserem Transferpartner den Einsatz seiner Automaten für eine große Bandbreite von Kunststoffen (also nicht nur das bisher von uns verarbeitete PA6 und PA12) ermöglichen. Desweiteren untersuchen wir in diesem neuen ZIMFörderprojekt den Einfluss der vom Rohling-Hersteller (Zulieferer) beigemischten Zuschlagstoffe (z.B. Ruß für die UV-Beständigkeit) auf die Recyclingfähigkeit des Halbzeugs nach seiner Lebensdauer. Gelingt es, die Zugabe dieser Zuschlagstoffe ohne wesentliche Einbußen in den gewünschten Materialbeständigkeiten hinsichtlich einer echten Recyclingfähigkeit (statt Down-Cycling) zu beeinflussen, dann wäre auch im explorierenden Kunststoffbereich der Stoffkreislauf geschlossen. In unserem Labor bearbeiten wir aber auch Projekte der Thematik Energie-Effizienz [4] (mobil und stationär) sowie mit Sonderlösungen im Werkzeugmaschinenbau, geben Industrieseminare und stehen gerne zur hochschulseitigen Begleitung von Industrieprojekten zur Verfügung; kontaktieren Sie uns! Danksagung Die Autoren danken dem BMWi für die über das ZIMProgramm erhaltene Förderung, welche die Entwicklung dieser Werkzeugmaschine erst ermöglicht hat. Literatur [1] Deutschland Radio Kultur v. 5.02.2009 über Leo H. Baekeland, Erfinder des Bakelits (erster vollsynthetischer Kunststoff) [2] Wirtschaft im Südwesten v. Sept. 2012, Hrsg.: IHK Hochrhein-Bodensee, Schwarzwald-BaarHeuberg, Südlicher Oberrhein [3] Kunststoff Handbuch, Teil 3/4 „Techn. Thermoplaste, Polyamide“, Hrsg. Bottenbruch L. und Binsack R., Hanser Verlag München, 1998, ISBN 3-446-16486-3 [4] „E-Mobilität kann auf den Stromüberschuss setzen“, Aßbeck F., Grigull S. in KOMMUNAL topinform, Okt. 2012, ISSN 1616-4121

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Energie Optimierungsmöglichkeiten des Stromverbrauchs im Haushalt PROF. WILHELM WALTER Fakultät Digitale Medien. Seit 1992 Professor für praktische Medieninformatik an der HFU. Tel. 07723 920 2146 wal@hs-furtwangen.de Prof. Wilhelm Walter 2 Darstellung der Methode 2.1 Typisierung von Haushaltsgeräten In [7] werden 3 Typen von Haushaltsgeräten bzgl. ihrer Möglichkeit zur Energieoptimierung unterschieden. Eine ähnliche Typisierung wird auch in [5] eingeführt, allerdings geht es dort um die automatische Modellierung von Geräten mit verschiedenen Einschalt-Zuständen anhand des gemessenen Stromverbrauchs. Zunächst gibt es die benutzergetriebenen Geräte (Herd, TV, Licht,...), welche dadurch charakterisiert sind, dass diese ausschließlich durch den Benutzer gesteuert werden. Eine Energieoptimierung ist daher nur durch den Benutzer selbst möglich und kann nur sehr beschränkt automatisiert werden. Aufgabengetriebene Geräte (Geschirrspüler, Waschmaschine, Trockner,...) sind dadurch gekennzeichnet, dass diese eine bestimmte Aufgabe zu einer bestimmten Zeit zu erfüllen haben. Diese Geräte müssen zunächst vom Benutzer befüllt und danach gestartet werden. Solche Geräte kann man als halbautomatisch bezeichnen, da diese einen Eingriff durch den Benutzer erforderlich machen. Programmgetriebene Geräte (Kühlschrank, Wärmepumpe, Kühltruhe,...) laufen ohne Eingriffe des Benutzers selbständig und versuchen, einen bestimmten Zustand (Kühltemperatur) einzuhalten. Hier ist also ein vollautomatisches Arbeiten möglich. 2.2 Lastpotenzialverschiebung der Gerätetypen Unter Lastpotentialverschiebung versteht man nach [3] die Verlagerung des Stromverbrauchs auf einen wirtschaftlich günstigen (billigen) Zeitpunkt. In der Großindustrie (Zementwerke, Kühlhäuser) wird dies nach [3] schon seit einiger Zeit praktiziert. Auch im privaten Haushalt ist es sicherlich sinnvoll, nach Möglichkeit den Stromverbrauch in Zeiten billigen Stroms zu verlagern. Hat ein privater Haushalt eine Photovoltaikanlage installiert, so ist es in der Regel ebenfalls sinnvoll, dass der Stromverbrauch in Zeiten mit hoher eigener Stromerzeugung verlagert wird. Voraussetzung für eine solche Lastpotentialverschiebung ist die Bereitstellung einer variablen Preisvorhersage (z.B. für den nächsten Tag) durch den Erzeuger. Ist eine Photovoltaikanlage installiert, so ist für die Lastpotentialverschiebung eine Vorhersage der zu erwartenden Leistung zu bestimmten Zeiten notwendig (siehe [6]). Abstract Efficient energy use and optimization of electric power consumption is a main purpose of society, especially regarding shortage of resources and energy transition. In cooperation with Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics (ITWM) a planning tool for smart grids was developed. The planning tool controls and activates usage and runtime of different home appliances in an automated process depending on pricing strategies of energy providers and prediction of power output of a photovoltaic system. By implementing the tool in private households electrical power consumption can be optimized. 1 Einleitung Intelligente Stromnetze (Smart Grids) ermöglichen privaten Haushalten, den Energieverbrauch ihrer diversen Haushaltsgeräte zentral zu steuern und zu optimieren. War es bisher so, dass ein Energieerzeuger seinen Privatkunden lediglich einen einzigen Tarif (evtl. zuzüglich eines Sondertarifs nachts) angeboten hat, so werden zukünftig den privaten Haushalten von den Energieerzeugern auch variable Tarife zur Verfügung gestellt werden. Dann ist es aus wirtschaftlichen Gründen für den einzelnen Haushalt durchaus sinnvoll, dieses Angebot zu nutzen um so einen preislichen Vorteil zu erzielen. Ziel dieser Arbeit ist es, Einspar- und Optimierungsmöglichkeiten von Geräten in privaten Haushalten zu ermitteln und eine Taxonomie sowie ein Planungsmodell für diese Geräte im Hinblick auf ihre Optimierungspotenziale aufzustellen. Anhand dieses Modells wird ein experimenteller Prototyp vorgestellt, welcher in der Lage ist, konkrete Planungen für die einzelnen Gerätetypen durchzuführen und diese an eine steuernde Komponente zur Ausführung zu übergeben. Dabei werden hier Geräte betrachtet, welche sich dadurch auszeichnen, dass sie keinerlei weitere spezielle Schnittstellen für die Steuerung benötigen. Lediglich preisgünstige Steckdosen, welche über ein Funknetzwerk ein- bzw. ausgeschaltet werden können sind dafür nötig. Damit kann das System in allen Haushalten mit Standardgeräten eingesetzt werden.

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Energie Benutzergetriebene Geräte Da hier die Kontrolle der Geräte nur durch den Benutzer vorgenommen wird, sind automatische Eingriffe zur Verschiebung nicht möglich. Laut [7] sind ca. 46% aller Haushaltsgeräte benutzergetriebene Geräte. Aufgabengetriebene Geräte Hier ist eine Lastpotentialverschiebung möglich, da diese Geräte eine bestimmte Aufgabe erfüllen müssen. Der Startzeitpunkt ist im Regelfall flexibel, solange die Aufgabe bis zu einem vorgegebenen Endpunkt erledigt ist. Laut [7] sind ca. 21% aller Haushaltsgeräte aufgabengetriebene Geräte. Programmgetriebene Geräte Programmgetriebene Geräte sollen einen bestimmten Gerätezustand (Kühlung, Wärme) sicherstellen. Dies geschieht üblicherweise in Arbeitszyklen, wobei in periodisch definierten Abständen die Geräte Energie verbrauchen. In Zeiten teuren Stroms kann man hier einen Notbetrieb fahren, in welchem die Ausschaltintervalle bis zu einer vertretbaren Grenze hinausgezögert werden (Streckung der Taktfrequenz). Ebenso kann dieser eingeschränkte Betrieb vor einer Phase mit billigem Strom gestartet werden, um danach in der Zeit des billigen Stroms Energie zu verbrauchen. Bei diesem Gerätetyp ist damit eine eingeschränkte Lastpotentialverschiebung möglich. Laut [7] sind ca. 33% aller Haushaltsgeräte programmgetriebene Geräte. die Stand-By-Befehle für jeden Tag. So kann der Anwender beispielsweise Sonntags ein anderes Verhalten definieren als unter der Woche. Stand-By: (Ferienbefehl) Diese Befehle gelten nur für Stand-By-Geräte und finden dann ihre Anwendung, wenn der Anwender Urlaub machen möchte. Zum AUS-Datum wird in der Planungsliste ein AUS-Befehl generiert, während des Urlaubs bleibt das Gerät ausgeschaltet, es werden auch keine anderen StandBy-Befehle erzeugt. Ist das EIN-Datum erreicht (Ende des Urlaubs), dann wird ein EIN-Befehl generiert. Ferienbefehle werden nach dem Ablauf des EIN-Datums aus der Befehlsliste automatisch gelöscht. Die Befehlsliste von Stand-By-Geräten kann beliebig viele Stand-By-Befehle von allen drei Typen enthalten. Aufgabe: AUS Ende-Datum aufgabengetriebenes Gerät Hat der Benutzer ein aufgabengetriebenes Gerät befüllt, so muss er mit Hilfe dieses Befehls den gewünschten Zeitpunkt (Zeit und Datum) eingeben, zu welchem das Gerät seine Aufgabe erfüllt haben muss. Standardmäßig wird der letztmögliche Startzeitpunkt berechnet, da die Laufzeit des Geräts ja bekannt ist. Die tatsächliche Zeit, in welcher das Gerät aktiv ist, ist dabei flexibel und wird i.d.R. durch den Planungsalgorithmus entsprechend verändert. Programmgetriebene Geräte benötigen keine speziellen Befehle, da diese immer aktiv sind. 3 Anforderungen an das Planungsmodell 3.1 Gerätebefehle ■ Stand-By: AUS EIN (alle Tage) Dieser Befehl kann nur auf Stand-By Geräte angewendet werden. Unabhängig vom aktuellen Tag wird ein Ausschaltzeitpunkt sowie ein Einschaltzeitpunkt für die zugehörige Steckdose angegeben. Zwischen den Zeitpunkten AUS und EIN führt die Steckdose keinen Strom. Falls keine anderen Stand-By-Befehle (TAG, FERIEN) vorhanden sind, dann erzeugt dieser Befehl an allen Tagen zu den angegebenen Zeitpunkten jeweils das AUS- bzw. EIN-Signal für die zugehörige Steckdose. ■ Stand-By: AUS EIN TAG (bestimmter Tag) Dieser Befehl kann nur auf Stand-By-Geräte angewendet werden. Wird eine Planungsliste für Sonntag erzeugt, so gelten diese Befehle und nicht 3.2 Optimierungsbefehle für Lastpotentialverschiebung ■ Aufgabengetrieben: Preisoptimierung Das Optimierungsmodul sucht den preisgünstigsten Bereich des Tages und legt den Startzeitpunkt bzw. den Endezeitpunkt des Geräts fest. ■ Aufgabengetrieben: Photovoltaik-Optimierung Es wird ein passender Bereich gesucht, in welchem die Photovoltaikanlage auf Grund der Vorhersage entsprechende Strommengen für das aufgabengetriebene Gerät produziert. Gibt es einen solchen Bereich, dann werden wiederum der Start- und Endezeitpunkt des Geräts angepasst. ■ Programmgetrieben: Preisoptimierung Programmgetriebene Geräte arbeiten in einem festen Takt, daher kann es sinnvoll sein, diesen Takt in einem Bereich hoher Strompreise zu entzerren. Wird eine solche Optimierung vom

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Energie Benutzer eingetragen, dann wird das Gerät zu Beginn eines solchen Zeitpunkts ausgeschaltet und bleibt solange ausgeschaltet bis die maximale Ausschaltdauer erreicht ist. Danach wird das Gerät für eine bestimmte minimale Zeit wieder eingeschaltet. Ist die Hochpreisphase noch nicht zu Ende, dann wird diese Taktfrequenz entsprechend wiederholt. Eine ähnliche Optimierung kann man vor einem Bereich mit billigen Strompreisen vornehmen. 4 Beschreibung des experimentellen Prototypen 4.1 Zeitreihenverwaltung Zeitreihen sind die Basis für die Optimierung des Stromverbrauchs. Sie bestehen aus einer Liste von zeitlich geordneten Elementen, wobei jedes Element aus einem Zeitpunkt und dem dazugehörigen Wert besteht. Der angegebene Wert ist dabei bis zum nächsten eingetragenen Zeitpunkt gültig. Im Prototyp wird zum einen eine Zeitreihe zur Preisvorhersage des Energieerzeugers benutzt und, falls eine Photo- voltaikanlage vorhanden ist, auch die ortsbezogene Leistungsvorhersage für den nächsten Tag. Es wird in beiden Fällen die Datenstruktur einer Zeitreihe verwendet, allerdings mit unterschiedlicher semantischer Bedeutung (siehe [7]). Dabei wird die Zeitdauer eines Messwerts automatisch berechnet und Bereiche mit gleichen Messwerten werden zu einem einzigen, größeren Bereich zusammengefasst. So wird im Beispiel (Abbildung 1) der Zeitraum von 10.00-15.00 Uhr zu einem einzigen Zeitpunkt verdichtet. Im Beispiel kostet die Kilowattstunde zwischen 3.00-7.00 Uhr z.B. 17 Cent (billigster Tarif), während von 10.00-16.00 Uhr 35 Cent bezahlt werden müssen. Hier lohnt sich also eine Lastpotentialverschiebung. Wie Abbildungen 1 und 2 zeigen, kann es sinnvoll sein, eine Lastverschiebung in diejenigen Bereiche vorzunehmen, in denen von der Photovoltaikanlage entsprechende Energie erzeugt wird. Zeitreihen können beliebig manipuliert werden, z.B. durch Einfügen neuer Messwerte bzw. Ändern der Messwerte. 4.2 Generierung der Planungsliste Die Planungsliste kann z.B. über einen Web-Service für einen bestimmten Tag (aktuelles Datum) angefordert werden und wird vom System erzeugt, indem die Befehlsliste eines jeden Geräts abgearbeitet wird. Für jeden Zeitpunkt (Ein/Aus) eines Befehls, welcher für das aktuelle Datum gültig ist, wird ein Planungselement in die Planungsliste eingetragen. Ein solches Planungselement enthält den Schaltbefehl (Ein/Aus), den dazugehörigen Schaltzeitpunkt und die Adresse der dazugehörigen Steckdose sowie eine Vorhersage des aktuellen Energieverbrauchs des Haushalts zu diesem Zeitpunkt. Die Planungsliste ist sortiert nach den Zeitpunkten der Schaltbefehle und wird vom Steuerungsgerät abgearbeitet. Die Planungsliste wird erzeugt, nachdem die Optimierung abgeschlossen ist. Abbildung 1: Preisvorhersage. Haushalts-ID:123 Datum: 2011-05-10 Befehl EIN AUS EIN AUS Abbildung 2: Vorhersage des Energieertrags einer Photovoltaikanlage. Zeit 6.00 08.00 16.00 22.00 Gerät Kinderzimmer Kinderzimmer Kinderzimmer Kinderzimmer Watt 1200 1000 1220 1000 Tabelle 1: Planungsliste für ein benutzergetriebenes Gerät.

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Energie Mit der Planungsliste in Tabelle 1 wird das Gerät bzw. die dazugehörige Steckdose im Kinderzimmer (Kinderzimmer) zu den vier angegebenen Zeitpunkten für den Haushalt mit der ID 123 am 10. Mai 2011 jeweils ein- bzw. ausgeschaltet (benutzergetriebenes Gerät). Jeder Haushalt im System wird dabei durch eine eindeutige ID identifiziert. 4.3 Optimierungsstrategien Lastpotentialverschiebung ist nur für aufgaben- und programmgetriebene Geräte möglich. 4.3.1 Optimierung aufgabengetriebener Geräte Für eine Preisoptimierung wird zunächst die Preisvorhersage des Energieversorgers benötigt. Hilfsmethoden der Zeitreihenverwaltung liefern dabei alle Zeitpunkte, bei denen der Strompreis am günstigsten ist. Gibt es solche Zeitpunkte, dann wird der Befehl für dieses Gerät auf einen Zeitpunkt billigen Stroms verschoben. Abbildung 3 (oben) zeigt die Start- und Endzeitpunkte von drei aufgabengetriebenen Geräten, wobei die Endzeitpunkte jeweils vom Benutzer angegeben wurden und die Startzeitpunkte vom System berechnet wurden. Die rote Kurve stellt dabei die Preiskurve des Energieerzeugers in Cent/kWh dar, die grüne Kurve gibt den Verbrauch gem. den verplanten Geräten an. Zur Abbildung 4: Drei aufgabengetriebene Geräte bei Optimierung unter Nutzung der Photovoltaikanlage. Schwarz: Vorhersage des zu erwartenden Energieertrags an diesem Tag; rot: Preisvorhersage des Energieerzeugers; grün: Energieverbrauch Geräte. Übersichtlichkeit wurde in diesem Beispiel die Grundlast auf 0 gesetzt. In diesem Beispiel handelt es sich um drei aufgabengetriebene Geräte (Waschmaschine, Spülmaschine, Trockner), wobei alle einen Verbrauch von 3000 Watt und eine Laufzeit von 1 h besitzen. Wie man aus der Preisvorhersage sieht, gibt es günstigere Zeitbereiche an diesem Tag. Nach der Optimierung werden Waschmaschine und Spülmaschine in das Preistal in den Morgenstunden verlagert, der Trockner wird auf ein zweites Preistal um 18.00 Uhr vorgezogen (Abbildung 3 unten). Ist eine Photovoltaikanlage installiert und gibt es eine Energievorhersage nach [6], dann ist es in der Regel preislich günstiger, den von der Photovoltaikanlage erzeugten Strom selbst zu verbrauchen anstatt diesen in das Leitungsnetz einzuspeisen. Dabei wurde das in [4] beschriebene Preismodell vollständig implementiert und für die Optimierung berücksichtigt. Die Planung einer Optimierung nach dem Nutzen der Photovoltaikanlage kann man in Abbildung 4 erkennen. Alle drei Geräte werden dann eingeplant, wenn genügend Solarstrom durch die Photovoltaikanlage zur Verfügung steht. 4.3.2 Optimierung programmgetriebener Geräte Eine Lastverschiebung solcher Geräte kann nur über das Aus- bzw. Einschalten der dazugehörigen Steckdose erreicht werden. Der hier gewählte Ansatz erlaubt nicht, wie in [1] beschrieben, die direkte Steuerung der Geräte, da dies nicht ohne entsprechende zusätzliche Schnittstellen erfolgen kann. Es sollen aber auch Standardgeräte gesteuert werden können. In der folgenden Kurve in Abbildung 5a ist ein möglicher Abbildung 3: Darstellung des Energieverbrauchs von drei aufgabengetriebenen Geräten (grün) und Preisvorhersage (rot). Oben: Ohne Optimierung; unten: Nach Optimierung.

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Energie Abbildung 5: Darstellung des Energieverbrauchs eines programmgesteuerten Geräts (grün) ohne Optimierung (a) und nach Preisoptimierung (b); Preisvorhersage (rot). werden. Ist abzusehen, dass zu einem Zeitpunkt viel regenerative Energie zur Verfügung steht, wird sich dies im Preis für diesen Zeitraum niederschlagen. Der Strom wird billiger sein und die hier vorgestellte Planungsmethode wird dies im Haushalt durch Lastpotentialverschiebung berücksichtigen. Umgekehrt wird sich der Strom in Zeiten knapper Energie entsprechend verteuern. Auch hier hilft das Planungstool, in dem die Last aus den Zeiten hoher Strompreise in Zeiten billigerer Preise verschoben wird. Für beide, Energieerzeuger und Energieverbraucher, ergeben sich entsprechende Vorteile [2]. Durch diese Planung im Haushalt werden Lastspitzen aber auch Lasttäler vermieden, so dass teure Zuschaltungen von Kraftwerken sicherlich weniger werden. Der Verbraucher dagegen spart ebenfalls durch die Preisoptimierung seines Verbrauchs. Lastpotentialverschiebung ist damit ein wichtiges Steuerungsinstrument für die effiziente Nutzung des Energieverbrauchs in der Zukunft. Literatur Verlauf eines programmgetriebenen Geräts, z.B. einer Kühltruhe, dargestellt. Die Daten für diesen Takt werden beim Eintragen des Geräts in das System angegeben. Die durch das Planungstool generierte Planungsliste ist leer, da durch das Steuerungsgerät nur die durch die Optimierung erzeugten Befehle berücksichtigt werden. Wie man in Abbildung 5b sieht, ist hier um die Mittagszeit der Strom vergleichsweise teuer, so dass hier eine Streckung der Taktfrequenz sinnvoll ist. Dabei wird die Steckdose bis zu einer maximalen Ausschaltdauer ausgeschaltet, danach erfolgt eine minimale Einschaltzeit usw. und zwar solange wie die Hochpreisphase andauert. Diese durch die Optimierung generierten Befehle werden dann bei der Generierung der Planungsliste berücksichtigt. [1] Hendrik Ankenbrand. Kühltruhe und Herd richten sich nach dem Wind. FAZ 19.03.2011. http://www. faz.net/aktuell/wirtschaft/wirtschaftspolitik/energiepolitik/erneuerbare-energien-kuehltruhe-undherd-richten-sich-nach-dem-wind-15530.html [2] Christian Bischof. Strategies for Private Households in the Smart Grid. Masterthesis, 2011. [3] Rotraud Hänlein, Nicole Schrader, Gerd Rosenkranz, Peter Ahmels. Handlungsempfehlungen an die Politik. Deutsche Umwelthilfe, Forum Netzintegration Erneuerbare Energien, S. 30-45, 2010. [4] Schott GmbH. Vergütung für Solarstrom. Die Zahlen gemäß Neufassung EEG. http://www.schottsolar.com/de/infothek/eeg/verguetung-fuer-solarstrom/. (abgerufen Mai 2011). [5] Hart, G.W. Nonintrusive Appliance Load Monitoring, Proceedings of the IEEE, December 1992, pp. 1870-1891. [6] Matthias Klein. Entwicklung und Bewertung eines Systems zur Orts- und Zeitgenauen Ertragsprognose von Photovoltaikanlagen. Masterthesis, 2011. Hochschule Karlsruhe. [7] Michael Sonnenschein, Ontje Lünsdorf. Lastadaption von Haushaltsgeräten durch Verbundsteuerung. Tagungsband 3. Symposium Dezentrale Energien, S. 71-83, 2009. 5 Zusammenfassung Die Energieversorgung ist spätestens seit den Ereignissen in Japan eines der zentralen Themen in unserer Gesellschaft und stellt alle Beteiligten vor große Herausforderungen. Smart Grids ermöglichen die Steuerung und den Verbrauch von Energie durch die Vernetzung von Energieerzeugern und -verbrauchern. Diese Steuerung kann durch den Energieerzeuger nur durch garantierte, variable Preisvorhersagen erreicht

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Energie DYNAMISCH LEISTUNGSSTARK maxon DC online konfigurieren dcx.maxonmotor.com GERÄUSCHARM SCHNELLE PROZESSE BONER GALVANOTECHNIK OBERFLÄCHENTECHNIK Inh. Ingrid Viechter-Dorer 78054 VS-Schwenningen Grabenäckerstraße 65 + 76 Telefon 0 77 20 / 9 9 599-0 Telefax 0 77 20 / 9 9 599-99 e-mail: info@boner-galvanotechnik.de www.boner-galvanotechnik.de Urlaubsgenuss pur! Das familiär geführte Haus im Idyllischen Bergdorf Anras bietet alles für einen Wohlfühlurlaub in herrlicher Landschaft. In der traumhaften Bergwelt bieten sich alle Möglichkeiten für einen aktiven Urlaub. Erleben Sie die Skigebiete Osttirols, genießen Sie die mehrfach ausgezeichnete Küche und Entspannen Sie in der Wellnessoase. Interessante Pauschalen finden Sie auf www.hotel-pfleger.at Dorf 15 | A-9912 Anras | Tel. +43 (0) 4846 6244 | Fax. +43 (0) 4846 6244-20 | info@hotel-pfleger.at | www.hotel-pfleger.at

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Energie Der Lageenergiespeicher als Baustein der Energiewende Prof. Dr. Eduard Heindl Abstract Calculations show, that the conversion from nuclear and fossil energy sources to renewables needs a storage capacity of 10 TWh, which is 300 times the existing capacity of pumped hydro power in Germany. A new technology to overcome the limitations of large land usage is the hydraulic hydro storage system, which uses a huge rock mass to store potential energy. This cylindrical rock mass is cut out of the natural ground using mining technologies. The system is sealed and water is pumped below the cylinder, using excess energy from solar and wind power systems. During times of energy scarcity, the pressurized water is turbinated to generate electricity. The storage capacity grows with the fourth power of the system radius. sucht wird, ist der hydraulische Lageenergiespeicher. Er beruht auf dem Anheben einer großen Felsmasse und kann auf einem Quadratkilometer Fläche 2 TWh Strom speichern. Die Speicherproblematik In Deutschland werden jeden Tag etwa 1600 GWh Strom verbraucht. Dieser Strom wird heute zu 75% aus nichtregenerativen Energiequellen wie Braunkohle, Steinkohle und Kernenergie gewonnen. Aufgrund der Atom-Katastrophe in Japan sollen bis 2022 alle Kernreaktoren abgeschaltet werden, die heute noch ca. 20% des Stroms in Deutschland liefern. Eine Umstellung auf fossile Energie wie Kohle und Gas wird nicht gewünscht, da damit die Konzentration von CO2 in der Atmosphäre signifikant erhöht wird, was aus physikalischen Gründen zu einer unerwünschten Erwärmung des Klimas führt. Zudem sind fossile Lagerstätten endlich, was letztendlich langfristig zu hohen Energiepreisen führt. Wind- und Solarenergie sind unerschöpfliche Ressourcen, daher soll die Stromproduktion bis 2050 weitgehend (90%) auf diese Energiequellen umgestellt werden; dieser Zeitpunkt kann auch früher erreicht werden, Abb. 1. Die Konverter für diese Energiequellen sind im Preis inzwischen nahezu mit anderen Kraftwerken vergleichbar. Allerdings gibt es einen erheblichen Unterschied: Die Quellen Wind und Sonne sind nicht immer und nicht längerfristig vorhersagbar bzw. verfügbar. Daher ist es ab einem Stromanteil von etwa 40% sinnvoll und bei Abbau der konventionellen Erzeugung zwingend notwendig, mit Speichern die Energielücken zu überbrücken. Mehrere Abschätzungen des Stromspeicherbedarfs für Deutschland liegen im Bereich von sieben Tagen [1, 2]; damit werden 11.000 GWh Speicherkapazität benötigt. Um sich diese Größenordnung der Speicherkapazität zu veranschaulichen, sei darauf hingewiesen, dass alle Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland nur 40 GWh Speicherkapazität haben. Dabei stellen Pumpspeicher 99% der gesamten Speicherkapazität dar, Druckluftspeicher und Batterien sind marginale Größen [3]. PROF. DR. RER. NAT. EDUARD HEINDL Fakultät Wirtschaftsinformatik Lehrgebiete: eBusiness Technologien, Online Marketing, Künstliche Intelligenz, Innovationen, Datenschutzbeauftragter, Organisator StudiumGenerale, Promotion in Physik, Unternehmer. Tel. 07723 920 2403 hed@hs-furtwangen.de Einleitung Mit der Energiewende, die im Kern ein Umbau der Energieversorgung von fossilen und nuklearen hin zu erneuerbaren Energien ist, tritt das Problem der Energiespeicherung hervor. Es werden bisher nicht gehandhabte Speicherkapazitäten im TWh1 Bereich benötigt, das ist das Dreihundertfache der bisher verfügbaren Kapazität. Eine Lösung, die hier unter- Eine TWh entspricht als Energieeinheit einer Milliarde Kilowattstunden. Abb. 1: Prognosen der installierten Leistung, der Trend liegt bei 15% Zuwachs pro Jahr (eigene Analyse).

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Energie Abb. 2: Das Prinzip des Lageenergiespeichers. Funktionsprinzip des Lageenergiespeichers Das Grundprinzip des Lageenergiespeichers ist sehr einfach (Abb. 2): Eine große Masse wird hydraulisch angehoben und absorbiert dabei Energie aus dem Stromnetz. Wird die Masse wieder abgesenkt, wird das Hydraulikmedium, in diesem Fall Wasser, über eine Turbine geleitet und erzeugt Strom, der in das Netz eingespeist werden kann. Damit dieses Prinzip wirtschaftlich wird, sind extrem große Massen erforderlich. Zur Abschätzung sei darauf hingewiesen, dass ein vollbeladener Güterzug, der 4000 Tonnen wiegt, bei einer Bergfahrt auf 1000 m nur 0,01 GWh Energie absorbiert. Daher sind einfache mechanische Anordnungen, die die Lageenergie zur Speicherung nutzen, nicht wirtschaftlich. Damit eine sehr große Masse ohne unverhältnismäßig großen Aufwand gewonnen werden kann, wird beim hydraulischen Lageenergiespeicher vorhandener Fels, wie er im Boden in nahezu beliebiger Masse vorhanden ist, freigelegt. Dazu dient das spezielle Bauverfahren für den Speicher. besteht. So ist der Schwarzwald als ein Granitfelsen mit geringer Zerklüftung geologisch sehr gut für den Bau eines Lageenergiespeichers geeignet. Für die Freilegung des Felszylinders (Abb. 3) wird zunächst ein Schacht bis in die Tiefe des Zylinderbodens abgeteuft. Von dort aus werden zwei Rundtunnel vorgetrieben, einer auf Sohlenhöhe und einer auf halber Zylinderhöhe, der insbesondere für das zu montierende Dichtungssystem benötigt wird. Die Bodenfläche des Zylinders wird mit Schrämmaschinen, wie sie aus der Bergkohleförderung bekannt sind, freigelegt (Abb. 4). Auf die Deck- und Bodenfläche werden Geomembranen aufgebracht und anschließend wird der Hohlraum mit dem ausgebrochenen Gestein wieder verfüllt, damit keine großen freistehenden Bergflächen entstehen. Die Seitenflächen des Zylinders werden mit Seilsägen freigelegt (Abb. 5). Dazu werden Bohrungen abgeteuft, in denen die Sägeseile, so wie sie aus der Granitplattengewinnung bekannt sind, eingeführt und geführt werden. Aus felsmechanischen Gründen muss die Außenwand mit einem Doppelschnitt freigelegt werden, da sich der schmale Sägespalt aufgrund des lithographischen Drucks schließen würde. Zudem erlaubt der breite Spalt die problemlose Anbringung von Geomembranen um einen Wasseraustausch mit Bau des Speichers Für den Bau des Speichers ist es zunächst notwendig, einen Untergrund zu nutzen, der aus gutem Fels

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Energie Abb. 4: Freilegen der Bodenfläche. Abb. 3: Freilegen des Felsblocks. der Umgebung zu vermeiden. Im Bereich der oberen Außenwand wird die Fläche mit Metall belegt, auf der später die Dichtung läuft (Abb. 6). Nach der Freilegung und Passivierung der Flächen wird das Dichtungssystem eingebaut, das aus mehreren Lamellen besteht, die gegen die Metallfläche laufen. Dies ist notwendig, da eine perfekt ausgerichtete Außenfläche zu aufwendig in der Herstellung wäre. Abb. 5: Außenwände mit Sägeseilen schneiden. Betrieb des Speichers Steht auf dem Strommarkt überschüssiger Strom aus Wind- oder Solarenergie günstig zur Verfügung, wird Wasser aus einem naheliegenden Gewässer über eine Druckpumpe, völlig analog zu konventionellen Pumpspeicherkraftwerken, unter den Zylinder gepumpt. Selbst ein Zylinder mit einer Gesteinssäule von 1000 m benötigt nur 200 Bar Druck zum Anheben, dies ist ein in der Technik beherrschbarer Wert. Allerdings werden zunächst kleinere Systeme mit einigen hundert Metern und damit deutlich niedrigeren Drücken angestrebt. Steht auf dem Strommarkt kein günstiger Strom zur Verfügung, wird die Pumpe abgeschaltet und das Wasservolumen mit Schotten abgedichtet. Damit hat der Speicher keinerlei Speicherverluste während des Ruhezustands. In Zeiten von Strommangel und damit hoher Marktpreise wird über eine Turbine das Wasser aus der Druckkammer unterhalb des Zylinders abgelassen und Strom in das Netz eingespeist. Der Wirkungsgrad Abb. 6: Dichtungssystem. des Systems liegt dabei über 80%, berechnet aus der abgegebenen Strommenge an das Netz gegenüber der eingespeisten Strommenge. Dies ist der gleiche Wirkungsgrad, den auch Pumpspeicher erreichen. Kosten und Kapazität Der ungewöhnlichste Aspekt an diesem Speichersystem ist die Kapazität in Abhängigkeit vom Systemradius. Betrachtet man einen Zylinder mit Radius r und einer Höhe h, die dem doppelten Radius entspricht, Abb. 7, so berechnet sich die Masse m mit der Gesteinsdichte ␳R zu m = 2 ␲ ␳R r³. Da ein größerer Zylinder auch weiter aus seiner Umgebung gehoben werden kann, genaugenommen

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Energie Abb. 7: Geometrie des Lageenergiespeichers. bis auf die Höhe r angehoben werden kann ohne zu verklemmen, erhält man für die Energiekapazität E, mit der Dichte von Wasser ␳W E = (2 ␳R – 3/2 ␳W) ␲ g r4. Das Außergewöhnliche an dieser Gleichung ist die 4. Potenz, mit der der Radius in die Speicherkapazität eingeht. So kann ein Speicher mit 62 m Radius etwa 0,5 GWh speichern, das entspricht dem Tagesverbrauch einer Stadt mit zwanzigtausend Einwohnern. Vergrößert man den Radius auf das Achtfache, 500 m, erreicht man eine viertausendfache Nettokapazität, nach Abzug der Verluste, 1600 GWh, was dem deutschen Stromverbrauch an einem Tag entspricht. Die Kosten für den Bau eines solchen Speichers sind jedoch nur proportional zum Quadrat des Radius, da nur die Oberfläche des Zylinders freigelegt werden muss. Damit sinkt der Preis pro kWh Speicherkapazität ebenfalls quadratisch. Ein kleiner Speicher mit 62 m Radius hat noch spezifische Kosten von 100 €/kWh Speicherkapazität, was vergleichbar mit konventionellen Pumpspeicherkraftwerken ist; vergrößert man den Radius auf 500 m fällt der Preis pro kWh Speicherkapazität unter einen Euro. Unklar ist, wie hoch die Preisdifferenz zwischen billigem Strom bei Überproduktion und hohen Preisen bei Strommangel ist. Eine einfache Betrachtung gibt aber einen Hinweis auf mögliche Preisspannen. Fällt der Preis von Strom unter 2 ct/kWh, wird es sich lohnen, Heizungssysteme, die normalerweise mit Gas betrieben werden, elektrisch aufzuheizen. Da die Speicherkapazität aller deutschen Warmwasserkessel erheblich ist, wird der Preis auch in Zukunft selten deutlich unter 2 ct/kWh fallen, vorausgesetzt ein Smart Grid ist bereits Realität. Die obere Preisschwelle wird durch alternative Formen der kurzfristigen Bereitstellung von elektrischer Leistung bestimmt. Gasturbinen haben, unter Berücksichtigung des gleichen Gaspreises wie oben angesetzt, etwa 12 ct/kWh Stromentstehungskosten. Damit ist eine Preisspanne von 10 ct/kWh für den gespeicherten Strom nicht unrealistisch. Ein großer Lageenergiespeicher mit 500 m Radius kann 1600 GWh Strom speichern, der Wert dieser Energiemenge beträgt 160 Mio. Euro wenn mit einem Strompreis von 10 ct/kWh gerechnet wird! Gelingt es, den Speicher innerhalb von zehn Jahren sechzigmal vollständig zu füllen und zu leeren, dann können damit 8 Mrd. Euro erwirtschaftet werden unter Berücksichtigung eines Wirkungsgrades von 80%. Gelingt es, das System zu diesem Preis zu bauen, ist es ein wirtschaftlich sehr interessantes Projekt. Erste Kalkulationen der einzelnen notwendigen Gewerke für den Bau eines Lageenergiespeichers zeigen, dass der Bau des Zylinders für 1,7 Mrd. Euro realisierbar ist. Vorteile des Konzepts Wirtschaftlichkeit Ein Energiespeicher, der auf dem Strommarkt ökonomisch betrieben werden soll, muss möglichst viele Speicherzyklen erreichen. Bisherige Systeme gehen immer von Tageszyklen aus. Dies wird aber in einer Welt der zukünftigen Stromversorgung mit erneuerbaren Energiequellen nicht möglich sein – längere Zyklen im Bereich von Wochen und Monaten werden üblich sein. ■ ■ ■ Flächenbedarf: mit 2 MWh/m² um Faktor 100 besser als Pumpspeicher Wasserbedarf: ¼ gegenüber Pumpspeicher Speicherkosten: „beliebig“ niedrig Extrem große Speicherkapazität möglich Ökologisch unbedenklich da keine Chemie, nur „Wasser und Fels“ Ausblick Die bisherigen Rechnungen zeigen, dass der Lageenergiespeicher eine ökonomische und ökologische Alternative zu bestehenden Speicherformen ist.

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Energie Insbesondere ist er in der Lage, auch mit wenigen Zyklen wirtschaftlich zu arbeiten. Für die weitere Entwicklung wurden jetzt mehrere Forschungsanträge gestellt. Dabei soll insbesondere ein kleiner Demonstrator gebaut werden. Für die Abklärung der geologischen Fragestellungen ist eine umfangreiche Zusammenarbeit mit dem KIT in Karlsruhe geplant. Das große Interesse der Industrie zeigt sich darin, dass fünf Unternehmen sich an den beantragten Forschungsprojekten beteiligen wollen. Sollten keine grundlegenden Probleme auftauchen, dann werden wir noch bis Ende des Jahrzehnts den ersten künstlichen Berg bewegen um das Energiespeicherproblem der erneuerbaren Energien zu lösen. Referenzen [1] Popp, Matthias: Speicherbedarf bei einer Stromversorgung mit erneuerbaren Energien, Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2010), DOI 10.1007/978-3-642-01927-2_2. [2] Bremen, Lueder von: Storage and Transport Capacities in Europe for a full Renewable Power Supply System, EWEC 2009, http://www.iset. uni-kassel.de/abt/FB-I/publication/2009-007_ Storage_and_Transport_Capacities.pdf. [3] Doetsch, Christian: Fraunhofer UMSICHT, 13.09.2012 Berlin, Jahrestagung 2012 – ÖkoInstitut e.V., Chart 6.

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Energie ADMEDES Schuessler GmbH Rastatter Straße 15 75179 Pforzheim Telefon 07231/92231-0 career@admedes.com www.admedes.com Tragfähige Verbindungen Die Medizintechnik verbindet Forschung und Fortschritt auf faszinierende Weise. ADMEDES Schuessler startete 1996 als Spin-off aus der Wissenschaft – heute sind wir Weltmarktführer für Stents aus Nickel-Titan-Legierungen und erste Adresse für medizinische Miniaturkomponenten. Unser Ziel ist langfristiges Wachstum durch Innovation. Planen Sie Ihren beruflichen Erfolg und knüpfen Sie frühzeitig Kontakte in die Praxis. Wir laden Sie zur Mitarbeit ein – auf Zeit oder als Karrierestart. Herzlich willkommen im ADMEDES Team! Einladung an Studierende Wir laden engagierte Studierende technischer Fächer wie Maschinenbau, Medizin-, Mikrosystem- und Elektrotechnik sowie vergleichbarer Fachgebiete ein, bei ADMEDES qualifizierten Einblick in die Praxis zu gewinnen. Dafür bieten wir Plätze für Praktika, Werkstudenten und betreuen Abschlussarbeiten – den glänzenden Karrierestart ausdrücklich eingeschlossen! Ein Praktikum ist die ideale Möglichkeit, ADMEDES kennenzulernen. Im Rahmen eines Praxissemesters erwerben Sie handfeste Kompetenzen in Forschung und Entwicklung und können Ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen. Als Werkstudent qualifizieren Sie sich gezielt weiter und verdienen dabei gutes Geld. Sie arbeiten eigenverantwortlich und in flexibler Zeiteinteilung an interessanten F+E-Projekten. Unsere erfahrenen Mentoren betreuen regelmäßig Abschlussarbeiten in technischen Bachelor-, Master- und Diplomstudiengängen. ADMEDES weiß um die Wichtigkeit kompetenter, flexibler Unterstützung. Wir pflegen ein faires Miteinander und setzen uns dafür ein, dass Ihre Mitarbeit bei uns eine Brücke zum Erfolg wird! Sprechen Sie mit uns über Ihre Ideen. Heidemarie Boch ist Ihre Ansprechpartnerin und freut sich über Ihre Bewerbung! Telefon +49 (0)7231 92231-881, hboch@admedes.com.

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Umwelt Außenrund-Trockenschleifen mit strukturierten Schleifscheiben Prof. Dr. Taghi Tawakoli, Dr.-Ing. Dal Ho Lee Abstract Grinding is a cutting process using tools with geometrically undefined cutting edges. As a result, heat is produced in the cutting zone between the tool. Coolant has to be used to remove the heat in order to avoid thermal damages. However, the reduction or elimination of coolant-lubricant is of growing interest because of ecological and economical reasons. Structured wheels, an idea introduced and developed by KSF in recent years, are offering the potential to reduce process temperatures in the cutting zone. This paper addresses how the specific structuring affects the process parameters in external cylindrical dry grinding. Furthermore, it also presents practicable guidelines for determining proper process conditions to avoid thermal damages and surface roughness issues. PROF. DR.-ING. TAGHI TAWAKOLI Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik. Leiter des Kompetenzzentrums für Schleiftechnologie und Feinstbearbeitung (KSF), stellv. Leiter des IAF der HFU. Forschungsschwerpunkte: Schleiftechnologie, Trockenbearbeitung, Laser. Tel. 07720 307 4380 ta@hs-furtwangen.de bedarf, um das Material abzutragen. Die während des Schleifens benötigte Energie wird praktisch komplett in Wärme umgewandelt. Diese fließt in die in den Schleifprozess involvierten Späne, in die Scheibe, in das Werkstück und in den Kühlschmierstoff [1, 3-5]. Aus ökonomischer und ökologischer Sicht ist es allerdings erstrebenswert, auf Öle und Emulsionen zur Kühlung und Schmierung zu verzichten. Das am KSF (Kompetenzzentrum für Schleiftechnologie und Feinstbearbeitung) entwickelte Konzept der strukturierten Schleifscheiben bietet eine Möglichkeit, die Temperaturen in der Kontaktzone zu senken und so eine Trockenbearbeitung auch beim Schleifen zu erreichen. Im Folgenden wird über Versuche zum Schleifen mit strukturierten Schleifscheiben beim Außenrundschleifen berichtet und die erhaltenen Ergebnisse vorgestellt werden. Erzeugung der Strukturen auf den Schleifscheiben Das Strukturieren soll in einem Arbeitsgang mit dem Profilieren und möglichst mit der gleichen Abrichtbzw. Profilierformrolle erzeugt werden. Es wurden je nach Einsatzfall mehrere Strukturformen entwickelt. Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung des Außenrund-Einstechschleifens mit einer normalen Schleifscheibe und einer strukturierten Schleifscheibe. Die in der Abbildung gezeigte Form der Strukturierung stellt ein Beispiel einer Struktur dar, die durch eine individuelle Konditionierung auf der Scheibenoberfläche erzeugt werden kann. Die gewünschten Strukturen auf der Scheibenoberfläche werden durch individuelle Einstellungen der Abrichtparameter, bestehend aus der Form des Abrichtwerkzeugs, der Abrichtzustellung aed und dem axialen Abrichtvorschub pro Schleifscheibenumdrehung fad erzeugt. Wie in Abbildung 2 dargestellt, wurde die Scheibe unter normalen Bedingungen plan bzw. mit einem Profil nach konventionellen Methoden abgerichtet. Durch das Strukturieren werden die Kontaktflächen zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück reduziert. Mit anderen Worten werden Teile der Schleifkörner und der Schleiffläche abgetragen bevor sie zum Ein- DR.-ING. DAL HO LEE Senior researcher bei HYUNDAI WIA CORP. in Korea. Vorher wissenschaftlicher Mitarbeiter und Doktorand am KSF. Forschungsschwerpunkt: Trockenbearbeitung. dalholee@hyundai-wia.com Einleitung Schleifscheiben sind aus Körnern zusammengesetzt, die regellos in einer Bindung verteilt sind. Dies führt dazu, dass die Schleifkörner – im Gegensatz z.B. zu den Schneiden an Werkzeugen für das Drehen oder Fräsen – oft nicht mit optimaler Ausrichtung in die Werkstückoberfläche eindringen. Dieser Umstand führt während des Schneideneingriffs nicht nur zu einer erhöhten Reibung zwischen Korn und Span, sondern auch zwischen Korn und Werkstückoberfläche. Daraus resultiert ein relativ hoher Energie- Abbildung 1: Schematische Darstellung: (a) Schleifscheibe mit 100% Kontaktbelag (b) Schleifscheibe mit reduziertem Kontaktbelag.

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Umwelt satz kommen. Durch Abtragen von Teilen des Belags werden auf der Oberfläche der Schleifscheibe Vertiefungen gebildet. Diese Vertiefungen erzeugen auf der Oberfläche der Schleifwerkzeuge Kanäle, die die Zuführung von Kühlschmierstoff bzw. von Luft auf der Kontaktfläche vereinfachen und außerdem optimale Spanräume ermöglichen. Die Reduzierung der Kontaktfläche bzw. Reduzierung der dynamischen Schneidenzahl (die Anzahl der am Abtrag beteiligten Schneiden der Schleifkörner) führt zur ständigen Unterbrechung der Kontakte, was wiederum den Spanbildungsprozess positiv beeinflusst. Abbildung 2 zeigt beispielhaft einen Schnitt durch die Kontaktfläche des Schleifwerkzeuges, dessen größter Teil abgetragen wurde. Die Vertiefung beträgt einige Mikrometer, so dass die Körner an den Kanten der übrig gebliebenen Fläche fest in der Bindung verankert bleiben und so die Festigkeit des Schleifwerkzeuges nicht reduziert wird. Dieser Strukturierungsprozess wird in der Regel kurz nach dem konventionellen Abrichten bzw. Profilieren durchgeführt und dauert wenige Sekunden. Abbildung 2: Struktur der Schleifscheibenoberfläche vor und nach der Strukturierung. Versuchsbedingungen Die experimentellen Untersuchungen zum Außenrund-Einstechschleifen wurden auf einer Rundschleifmaschine vom Typ „HG 240S“ der Firma EMAG Salach Maschinenfabrik GmbH durchgeführt (Abbildung 3). Für die Untersuchungen wurden keramisch gebundene CBN-Schleifscheiben mit strukturiertem Kontaktbelag und 100% Kontaktbelag eingesetzt. Es wurden Schleifscheiben mit den Maßen 400 mm x 10 mm (Durchmesser x Breite) ausgewählt. Als Versuchswerkstoff wurde 62±2 HRC durchgehärteter Wälzlagerstahl 100Cr6 (1.3505) verwendet. Die Versuchsbedingungen sowie die Schleifscheibenspezifikation sind in Tabelle 1 angeben. Die Versuchsmaschine ist mit einer Schnittkraftmesseinrichtung ausgestattet, die am KSF entwickelt wurde. Weiterhin konnten über ein an der rotierenden Werkstückspindel montiertes Schnittkraft-Dynamometer mit induktivem Telemetriesystem vom Typ 9123C Abbildung 3: Rundschleifmaschine und Versuchsanordnung der Firma Kistler Instrumente AG während des Schleifprozesses die Prozesskräfte in Normal- und Tangentialrichtung der Schleifscheibe aufgezeichnet werden. Die Rauheiten wurden mit einem nach dem Tastschnittverfahren arbeitenden Messgerät vom Typ „WavesystemTM Hommel Tester T8000“ der Firma Hommel-Etamic GmbH gemessen. Tabelle 1: Schleifscheibenspezifikation und Versuchsbedingungen

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Umwelt quantitative Auswertung auf der Werkstückoberfläche und in der Werkstückrandzone möglich. Die Resultate der Gefügeanalyse können insbesondere für die Kalibration zerstörungsfreier Analysemethoden verwendet werden. Die Versuchswerkstücke wurden mit einer Präzisionsschleifmaschine vertikal zur Schleifrichtung getrennt und die Schnittfläche in einer Läppmaschine bearbeitet. Abschließend wurden die geschliffenen Abschnitte mit einem Ätzmittel (3% alk. HNO3) geätzt. Die Gefügeanalyse der Werkstücke, die in diesem Prozess vorbereitet wurden, erfolgte mit einem optischen digitalen Mikroskop. Es handelt sich hierbei um ein optisches Digitalmikroskop Typ VHX 100 von Keyence. Ergebnisse Abbildung 4: Reduzierung der thermischen Schädigung durch die Strukturierung der Schleifscheibe. Um die durch Schleifen entstandenen thermischen Schädigungen zu beurteilen, wurde ein mit einem mikromagnetischen Sensor ausgestattetes Barkhausenrauschen-Messsystem (BN) eingesetzt. Das verwendete System ist ein „Rollscan 300 Analyzer“ der Fa. Stresstech. Die Messungen wurden mit der fixierten Magnetisierungsfrequenz von 125 Hz, einer Magnetisierungsspannung von 3 V und einem Analysefilter im Bereich von 70-200 kHz (die Messtiefe war annähernd 0,02 mm) durchgeführt. Die Eigenspannungs-Analysen der geschliffenen Werkstücke wurden mit dem EigenspannungsMesssystem „AIS3000“ für die instrumentierte Eindringprüfung analysiert. Das Messprinzip des Systems basiert darauf, dass die Eigenspannung im Material durch die Gegenüberstellung der Unterschiede der Belastungskurven, die auf Anwesenheit von Eigenspannungen basieren, bestimmt wird. Die Analyse kann über ein Softwaresystem ausgewertet werden, das sowohl die Eigenspannung, als auch die Bruchzähigkeit auswerten kann. Die bei diesen Messungen eingesetzte Software ist „AIS3000 V1.0“ von Frontics. Die Messungen wurden 4 mal parallel zur Werkstückoberfläche durchgeführt (␴ll: umfangseitige Eigenspannung). Die bei den Messungen verwendete Eindringtiefe lag bei ca. 0,1 mm. Durch die verwendete metallographische Gefügeanalyse waren sowohl die qualitative und auch die Um die Verringerung der Temperatur in der Kontaktzone nachzuweisen, wurden Messungen nach dem Prinzip des Barkhausenrauschens durchgeführt. Dabei werden magnetische Eigenschaften des Werkstückes untersucht, die Rückschlüsse auf den Wärmeeintrag in seine Oberfläche gestatten. Das ermittelte Barkhausenrauschen zeigt den durch Messen ermittelten effektiven Wert des Spannungsimpulses. Aus den magnetischen Parametern (MP) kann ein Rückschluss auf den Zustand der Mikrostruktur abgeleitet werden, der durch den Einfluss der während des Schleifens angestiegenen Temperatur entstanden ist. Im Allgemeinen kann ein höherer MP-Wert festgestellt werden, wenn die Zugeigenspannung über die thermo mechanische Beeinflussung in der geschliffenen Werkstückrandzone durch Anlassen ansteigt [2]. Basierend auf dieser Eigenschaft wurden bei allen geschliffenen Werkstücken jedes Schleifprozesses MP-Werte gemessen und ausgewertet. Abbildung 4 zeigt den Effekt des reduzierten Kontaktbelages auf die MP-Werte Mmax beim Trockenund Nassschleifen mit vollem Kontaktbelag und beim Trockenschleifen mit 25% Kontaktbelag. Beim Trockenschleifen waren bei beiden Schleifprozessen (mit 25% und vollem Kontaktbelag) die MP-Werte Mmax höher als beim Nassschleifen. Die MP-Werte Mmax beim Trockenschleifen mit 25% Kontaktbelag waren jedoch geringer als die mit vollem Kontaktbelag. Das weist darauf hin, dass

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Umwelt entweder die Härte des Materials in der Messtiefe (0,02 mm) durch Anlassen reduziert wurde oder dass Zugeigenspannungen durch thermomechanische Beanspruchung induziert wurden. Literaturverzeichnis [1] Brinksmeier, E.: Prozeß- und Werkstückqualität in der Feinbearbeitung, Habilitationsschrift, Universität Hannover, 1991. [2] Ceurter, J.S.; Smith, C.; Ott, R.: Barkhausen noise inspection, Advanced Material & Processes, April 2002, pp. 01-03. [3] Malkin, S.; Guo, C.: Grinding technology: Theory and applications of machining with abrasives, second edition, 2008. [4] Rowe, W.B.; Morgan, M.N.; Allanson, D.A.: An advance in the modeling of thermal effects in the grinding process, Annals of the CIRP 40,1, 1991, pp. 339-342. [5] Stephenson, D.J.; Jin, T.: Physical basics in grinding, 1st European conference on grinding, Aachen, 6-7. November, Fortschritts-Berichte, VDI-Reihe 2, Nr. 643, VDI-Verlag, 2003, pp. 1301-1321. Zusammenfassung Die Untersuchungen beweisen die Effektivität des Trockenschleifprozesses mit strukturierter Schleifscheibe. Die Resultate lassen sich wie folgt zusammenfassen: Mit strukturierter Schleifscheibe sind die Kräfte kleiner als mit konventionellen Schleifscheiben. Die flächenbezogene Schleifleistung und -energie nimmt mit der Reduzierung des Schleifscheibenkontaktbelages ab. Beim Einsatz der strukturierten Schleifscheibe ist die Oberflächenrauheit der Werkstücke deutlich höher. Allerdings kann der Werkstückrauheitswert durch das Ausfunken stark reduziert werden. Durch Benutzung der strukturierten Scheibe kann die thermische Schädigung des Werkstücks erheblich reduziert werden. Die Eigenspannungen auf der Werkstückoberfläche nach dem Trockenschleifen mit der strukturierten Schleifscheibe sind geringer im Vergleich zur konventionellen Scheibe. In Zukunft sollen diese Erkenntnisse genutzt werden, um eine umweltverträgliche und kostengünstige Trockenbearbeitung beim Außenrundschleifen zu realisieren.

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Umwelt Energy Harvesting: Silizium-Chip zum Ernten von Energie aus Vibration Prof. Dr. Ulrich Mescheder, Dipl.-Phys. Bernhard Müller, M.Sc. Antwi Nimo, M.Sc. Awad Abouelkheir Einleitung Mobile Geräte wie Handy, Laptop oder MP3-Player werden heute mit Akku oder Batterie betrieben und benötigen regelmäßiges Nachladen oder Batteriewechsel. Derzeit liegt der Jahresverbrauch von primären und sekundären Batterien bei rund 10 Mrd. Stück [1]. Die zur Herstellung benötigte Energie entspricht mit rund 5000 GWh/a [2] dem Bedarf von Lettland an elektrischer Energie. Auch wenn dieser Beitrag im Weltmaßstab gesehen relativ klein ist, so ist eine Reduktion von Batterien allein aus Ressourcen- und Umweltgründen anzustreben. Hier bietet es sich an, für Kleinstverbraucher (µW – mW) die in der Umgebung natürlich vorhandene Energie zu nutzen bzw. zu „ernten“ (daher der Name Energy Harvesting). Energiequellen sind thermische Energie (Temperaturdifferenz), Licht bzw. Strahlungsenergie und kinetische Energie (z.B. aus Vibrationsbewegung). Besonders geeignet ist das Ernten von Energie aus der Umgebung zur Versorgung von Sensornetzwerken, Sensoren oder Systemen an schwer zugänglichen Orten oder im Menschen (inkorporale Diagnostik). Derzeit kommerziell verfügbare Systeme wie EnOcean (Energieversorgung beim Schalten), Cedrat oder Perpetuum arbeiten entweder nicht permanent oder bauen sehr groß. Das an der HFU entwickelte Energy Harvesting-Bauelement nutzt Methoden der Mikrotechnik bzw. Mikrosystemtechnik und erlaubt eine chipbasierte Bauform. Im Gegensatz zu den meisten bisher vorgestellten Lösungen kann Bewegungsenergie aus allen drei Raumrichtungen nahezu gleichartig aufgenommen und verwendet werden. Dazu ist eine besondere Elektrettechnik erforderlich: Die für die Wandlungsgüte entscheidende Ladungsträgerdichte (geht quadratisch in die Wandlungsgüte ein), die auf ein Elektret aufgebracht werden kann, ist bei dem an der HFU entwickelten Verfahren deutlich höher als bei allen bisher veröffentlichten Ergebnissen weltweit. Abstract The generation of electrical energy from the environment is increasingly important for powering of miniaturized autonomous systems such as wireless sensor networks or sensors at locations where access is hard or even not possible or for mobile applications (e.g. mobile phones) and incorporated sensors. Today‘s electronic circuits, sensors and actuators have low power consumption. Thus, energy sources that can deliver only relatively little electric power (µW), are also possible. Since vibrations are everywhere in the environment, they can deliver electrical energy if other sources of energy such as wired power supply or light are locally unavailable and batteries are to be avoided. In this contribution a miniaturized solution (silicon (Si)chip) is presented which is based on microfabrication. A new type electrets – dielectrica which can store charges for long time – is presented. DIPL.-PHYS. BERNHARD MÜLLER Fakultät Computer & Electrical Engineering. Forschungsschwerpunkte: Mikrosystemtechnik, Sensoren, Prozesstechnologie. Technische Laborleitung Mikroelektronik-Laboratorium. Tel. 07723 920 2515 mb@hs-furtwangen.de Abstrakt Die Gewinnung elektrischer Energie aus der Umgebung zur Versorgung miniaturisierter autonomer Systeme wie drahtloser Sensornetze oder von Sensoren an schlecht zugänglichen Orten, in mobilen Anwendungen (z.B. Handy) oder von inkorporalen Sensoren erlangt zunehmend an Bedeutung. Heutige elektronische Schaltungen, Sensoren und Aktoren haben einen geringen Stromverbrauch, wodurch auch Energiequellen möglich sind, die relativ wenig Leistung abgeben (µW). Da Vibrationen in der Umwelt allgegenwärtig sind, kann aus ihnen Energie gewonnen werden, wenn andere Energiequellen wie kabelgebundene Stromversorgung oder Licht am Einsatzort nicht verfügbar sind und Batterien vermieden werden sollen. In diesem Beitrag wird eine Lösung vorgestellt, die mit Mikrotechniken in Form eines kleinen Si-Chips realisiert wird. Hierzu wurde eine sehr leistungsfähige Form eines sogenannten Elektrets – eines dielektrischen Materials, das quasi permanent elektrisch aufgeladen werden kann – erforscht. M.SC. ANTWI NIMO M.Sc. Microsystems Engineering an der HFU, bis 2010 Projektmitarbeiter. Seit 2011 Promotion am Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg. Tel. 0761 203 7223 antwi.nimo@imtek.unifreiburg.de Konzept, Simulation und Fertigung Das Grundprinzip von Energy Harvesting aus Vibrationsenergie ist die Relativbewegung einer seismischen Masse gegenüber dem vibrierenden Grundkörper. Die Umwandlung der kinetischen

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Umwelt in elektrische Energie kann dann piezoelektrisch, induktiv oder kapazitiv erfolgen. Die kapazitive Umwandlung eignet sich insbesondere für stark miniaturisierte, chipbasierte Bauformen und wird hier genutzt: Die seismische Masse ist starr mit einer Elektrode verbunden, die sich unter Vibration relativ zu einer feststehenden, starr mit dem Grundkörper des Systems verbundenen Elektrode bewegt. Dabei treten nach Bild 1 unterschiedliche Phasen auf, in denen die Kapazität geladen oder entladen wird. In der an der HFU entwickelten Lösung wird die Spannungsquelle durch ein sogenanntes Elektret ersetzt: Dies ist eine dielektrische Schicht, die auf eine der beiden Elektroden aufgebracht ist und die permanent Ladungen speichern kann. Die wichtigsten Komponenten des an der HFU entwickelten und gefertigten Energy Harvesters sind in Bild 2 gezeigt: Das System wird mit mikrotechnischen Verfahren in großem Nutzen (Wafer mit vielen Chips) gefertigt [3]. Es kann Vibrationsenergie aus allen drei Hauptrichtungen aufnehmen und die kinetische Energie mittels seitlich mit Elektret beschichteter Kammelektroden in elektrische Energie umwandeln. Dabei wird die Vibrationsenergie durch eine seismische Masse aus Silizium (Bild 2 Mitte) aufgenommen, die an den vier Ecken über dünne Si-Balken gehalten wird. Die wesentliche Neuerung liegt im Design der kammartigen Elektroden und dem verwendeten Elektretmaterial: Während bisherige elektretbasierte elektrostatische Energy Harvester Elektrete verwenden, die auf den Oberflächen der Elektroden angebracht werden (planare, horizontale Anordnung), befindet sich bei dem hier vorgestellten Ansatz das Elektret (gelb in Bild 2) auf den Seitenwänden (vertikale Anordnung) der feststehenden Elektroden [5]. Daher wird nicht wie von den meisten Forschungsgruppen Cytop [6] sondern SiO2 als Elektret verwendet [7, 8]. SiO2 kann sehr einfach und sehr homogen durch thermische Oxidation auf den senkrecht stehenden Elektrodenwänden erzeugt werden. Auf den Seitenwänden der beweglichen Elektroden ist kein SiO2. Bewegungen in der Chipebene (x- und y-Richtung) führen zu einer Änderung des Plattenabstandes („in-gap“) und Bewegungen in z-Richtung führen zu einer Änderung des Flächenüberlapps der Kammelektroden („in-plane“) (s. Bild 2) [5]. Dadurch kann aus Vibrationen in allen 3 Raumrichtungen Energie gewonnen werden. Die Länge, Breite und Dicke der Bild 1: Prinzip des kapazitiven Energieerntens aus Vibrationsenergie. Oben: Mögliche Bewegungsformen zur Energiegewinnung; unten: Phasen während der Relativbewegung (nach [4]). Bild 2: Schematische Zeichnung des Energy Harvester Chips mit wesentlichen Funktionselementen [5]. Bild 3: Links: Detailausschnitt zur Herstellung der einseitig mit Elektret beschichteten Kammelektroden (Aufsicht, Abstand ca. 9.5 µm) [9]. Rechts: Gefertigter Energy Harvester im Gehäuse [5].

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Umwelt dünnen Si-Balken wurde mittels FEM-Simulation für eine vorgegebene Vibrationsbeschleunigung (z.B. 1g) optimiert. Das übliche Vibrationsspektrum liegt unterhalb der simulierten Resonanz von 135 Hz. Für eine Elektretspannung von 250 V liefert die Simulation für den Harvester unter normalen Vibrationsbedingungen (Gehen) rund 10 µW. Zur Herstellung wird ein CMOS kompatibler MEMSProzess unter Verwendung von sogenannten SOIWafern (Silicon on Insulator), 5 Masken, anisotropem Si-Tiefenätzen (DRIE-Ätzen) der c-Si Elektrode (mit dem Zwischenoxid des SOI-Wafers als Ätzstopp) und einer Si3N4 Maske zur lokalen Oxidation verwendet [5]. Bild 3 zeigt einen Detailausschnitt (seitlich mit Elektret bedeckte Elektroden) und einen Chip (SOI-Bauelement mit beidseitiger Glasabdeckung als Stopp in z-Richtung) nach Einbau in ein Gehäuse. Die Glasabdeckungen wurden ebenfalls durch Mikrostrukturierung bearbeitet. Verfahren zur Aufladung des Elektrets und Ergebnisse Üblicherweise werden Elektrete mit sogenanntem Corona-Charging [6] oder auch mittels Ionenimplantation [8] geladen. Beide Verfahren sind nicht zum Aufladen von senkrecht stehenden Elektroden geeignet. Sehr gute Ergebnisse haben wir dafür mit einem handelsüblichen Ionen-Haartrockner (Braun Satin Hair 3549) erzielt [5, 9, 10, 11], was auch einen viel preiswerteren Prozess zum Aufladen erlaubt. Das maximal erreichte Oberflächenpotential erhöht sich mit der Elektretdicke und entspricht (in der Sättigung bei ausreichend langer Aufladezeit) der Durchbruchspannung des Elektrets (Bild 4). Die Ladungen sind thermisch bis zu Temperaturen von 150°C stabil. Die über einen Zeitraum von 400 Tagen gemessene Langzeitstabilität (Bild 5) zeigt nach einem Abfall von ca. 25 % innerhalb der ersten 100 Tage sehr stabile Oberflächenpotentiale, tendenziell besonders für Bild 4: Maximal erreichtes Oberflächenpotential in Abhängigkeit von der Elektretdicke (SiO2 und CYTOP) [5]. Bild 5: Langzeitstabilität des Oberflächenpotentials bei SiO2 (Elektretdicke th; Startpotential VSt; Abstand zum Föhn d; Aufladezeit t) [9]. Bild 6: Oberflächenpotential in Abhängigkeit vom Winkel ␣ zwischen Luftstrom und Elektretoberfläche [5]. Bild 7: Oberflächenpotential in Abhängigkeit vom Spaltabstand zwischen zwei parallelen Elektret-Fingern (SiO2; Abstand Föhn Elektret d; Trendlinie: Polynom Fit für 3mm*20 mm Chips) [9] bzw. für das Aufladen mit Bias-Potential (Geraden).

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Umwelt Anfangspotentiale VSt, die deutlich kleiner als die Durchbruchspannung des Elektrets sind (Bild 4 und Bild 5). In Bild 6 links ist die Abhängigkeit des Oberflächenpotentials vom Winkel ␣ zwischen dem ionisierten Luftstrom des Föhns und der Ebene der Elektretoberfläche für SiO2 dargestellt. Es ist klar zu sehen, dass auch Elektrete auf senkrechten Wänden parallel zum Luftstrom (␣ = 0°) genauso gut aufgeladen werden können wie Elektrete, auf die der Luftstrom senkrecht auftritt (␣ = 90°). Für die Untersuchung der Aufladung in engen Spalten wurden 2 Chips parallel zueinander mit unterschiedlichen Abständen parallel zum Luftstrom aufgestellt (Bild 7 rechts). Dabei stehen sich die Elektretoberflächen der beiden Chips im Spalt gegenüber und der ionisierte Luftstrom tritt parallel zu den Elektretoberflächen in den Spalt ein. Das Oberflächenpotential (Bild 7 links) fällt für Abstände unter 2 mm deutlich ab. Durch Verlängerung der Aufladezeit von 30 auf 300 Minuten konnte bei engen Spalten das Oberflächenpotential verdoppelt werden; aber die Erhöhung ist deutlich geringer als von einer linearen Zeitabhängigkeit zu erwarten wäre, was auf Einflüsse elektrischer Felder am Eingang der engen Spalte hindeutet (eine ausführliche Diskussion der Einflüsse elektrischer Felder am Eingang der engen Spalte ist in [9] zu finden). Eine Verbesserung kann erreicht werden, indem man beim Aufladen von außen an die Elektroden ein geeignetes „Bias-Potential“ anlegt (vgl. Geraden in Bild 7). Bild 6 und Bild 7 zeigen, dass im Gegensatz zu Corona Charging und Ionenimplantation mit dem neuen Verfahren (Aufladung mit Ionen-Haartrockner) auch Elektrete auf senkrechten Wänden und in engen Schlitzen aufgeladen werden können. Da die seitliche Aufladung mikrostrukturierter Kammelektroden nicht direkt messbar ist, sind weitere Untersuchungen erforderlich, um die Grenzen der Aufladung für das vorgestellte Design zu bewerten. lichte Wert. Im Falle von SiO2 liegt der Wert sogar mehr als doppelt so hoch als alle bisher veröffentlichten Werte für ein Elektret. Es wurden Oberflächenpotentiale von über –1000 V für 7,8 µm dickes CYTOP und selbst für nur 1,5 µm dickes SiO2 erreicht. Auch die Langzeitstabilität der Ladungen ist besser als bei Corona Charging, was durch die schonende Aufladung mit dem Haartrockner bedingt sein könnte (geringere Energie der Ionen [9]). Es konnte gezeigt werden, dass mit diesem neuen Verfahren (im Gegensatz zu Corona Charging und Ionenimplantation) auch 3D Strukturen mit hohem Aspektverhältnis wie kammartige Fingerstrukturen seitlich aufgeladen werden können. Aufgrund der reduzierten Oberflächenladung in engen Spalten wird die in diesem Fall angestrebte Ernte von 10 µW aus typischen Gehbewegungen noch nicht erreicht (0,1 µW). Literatur [1] www://batteryuniversity.com/learn/article/ battery_statistics. [2] Argonne Nat. Lab, A Review of Battery Life-Cycle Analysis: State of Knowledge and Critical Needs, Oct. 2010. [3] A. Nimo et al, PowerMEMS 2010, December 1-3; Leuven, Belgium, Proceedings, pp. 49-52. [4] G.V. Rincon-Mora, Energy Harvesting Technologies, Springer 2009, ed. S. Priya, D.J. Inman. [5] U. Mescheder et al, MST Kongress 2011, October 10-12; Darmstadt, Deutschland; pp. 313-316. [6] Y. Arakawa et al, PowerMEMS 2004, Kyoto, Japan, Proceedings, pp. 187-190. [7] J. Zhang et al, PowerMEMS 2007, Freiburg, Germany, Proceedings, pp. 105-108. [8] U. Mescheder et al, Journal of Micromechanics and Microengineering. Vol. 19, No. 9 (2009), 6 Seiten. [9] U. Mescheder et al, Springer Journal Microsystem Technologies, Volume 18, Issue 7 (2012), pp 931-943; DOI 10.1007/s00542-011-1418-4. [10] A. Saad et al, PowerMEMS 2010, December 1-3; Leuven, Belgium, Proceedings, pp. 61-64. [11] A. Nimo et al, SPIE Microtechnologies 2011, April 18-20; Prague, Proceedings of SPIE Volume 8066, pp. 80661Q-1-14. Zusammenfassung Es wurde ein Konzept für einen Energy Harvester entwickelt, der Vibrationsenergie aus allen drei Raumdimensionen nutzen kann. Mit unserem neu entwickelten low-cost Verfahren zur Aufladung von Elektreten mittels eines handelsüblichen IonenHaartrockners haben wir maximale Ladungsdichten von 37,5 mC/m2 für SiO2 und 2,4 mC/m2 für CYTOP erzielt. Für CYTOP ist das der höchste je veröffent-

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Umwelt Kamerabasierte Geschwindigkeitsmessung für texturierte Oberflächen Prof. Dr. Reiner Schmid, B.Sc. Tamas Bajcsi Motivation Bildgebende Sensoren sowie leistungsfähige Prozessoren sind Produkte, die in Massenmärkten eingesetzt eine ständige Verbesserung bei gleichzeitig fallendem Preis erfahren. Dies eröffnet ihren Einsatz für vielfältigste Anwendungen auch deshalb, weil sich dadurch berührungsloses Messen, z.B. der Geschwindigkeit von Objekten, realisieren lässt. Dabei ist ein bestimmtes Erscheinungsbild der sich relativ zur Kamera bewegenden Oberfläche nicht grundsätzlich notwendig. Wesentlich ist lediglich, dass diese genügend Informationsgehalt aufweist. Die Oberfläche von Bahnschienen zeigt eine unregelmäßige Textur, die gleich einem Fingerabdruck sehr spezifisch ist. Typische Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit von Schienenfahrzeugen, wie etwa die Messung der Raddrehzahl (angewandt bei Straßenbahnen) oder die Positionsbestimmung per GPS, liefern bei einem Schlupf der Räder (oder sich abnutzenden Radreifen) bzw. in von den Satelliten abgeschatteten Bereichen verfälschte sowie unsichere Ergebnisse. In diesem Projekt wurden die Kernkompetenzen aus einem Team von Anwendern, Firmen, Ausbildungsund Forschungseinrichtungen auf die Produktentwicklung ausgerichtet. Abstract We present a contact-less, high-precision method, using a camera based sensor system. A rough sketch of this method shows the main aspects to measure the velocity of trams. It uses the entropy of moving textured surfaces. PROF. DR.-ING. REINER SCHMID Fakultät Computer & Electrical Engineering Schwerpunkt: Digitale Bildverarbeitung Tel. 07723 920 2442 schd@hs-furtwangen.de For the successful development of such a product, the knowledge of customers and the market, legally aspects and of course algorithms and hardware as well as mechanics are most important. Zusammenfassung Am Beispiel der Geschwindigkeitsmessung von Straßenbahnen wird ein berührungsloses, kamerabasiertes und hochgenaues Verfahren vorgestellt. Es basiert auf dem Informationsgehalt der Oberflächen sich relativ zur Sensorik bewegender Objekte. Die Umsetzung des Verfahrens in eine nutzbare Anwendung, gekennzeichnet durch die damit verbundenen Randbedingungen, erfordert unterschiedlichste Kompetenzen wie Kenntnisse über Anwender und Markt, rechtliche Hintergründe, natürlich Algorithmik und deren Umsetzung in Hardware (Field Programmable Gate Array, FPGAs), als auch eine adäquate Mechanik. Messprinzip Die Grundidee der Messung nutzt die Tatsache, dass Schienenoberflächen nicht blank sondern, wie Abbildung 1 zeigt, texturiert sind. Von dieser Textur werden zeitversetzte, sich in Bewegungsrichtung stark überlappende, Bilder aufgenommen. Die Berechnung des örtlichen Versatzes dieser aufeinander folgenden Snapshots führt zu Verschiebungsvektoren, die zusammen mit dem zeitlichen Versatz die Geschwindigkeit bestimmen. Grundüberlegungen Das System ist ausgelegt für den für Straßenbahnen typischen Geschwindigkeitsbereich vom Stillstand Abbildung 1: Schiene, Profil und Detailansicht der Schienenoberfläche (Kamerabild).

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Umwelt bis 80 km/h (Freiburger Straßenbahnen sind auf eine maximale Geschwindigkeit von 68 km/h limitiert). Die Herausforderungen an das Messsystem ergeben sich dabei insbesondere durch die notwendige Beleuchtungsanordnung mit hohem Lichtstrom (> 8000 lm) bei kurzen Pulsen (2-3 µs) und einer Rechenleistung, die schnelle Messwertfolgen (von etwa 33 ms) garantiert. Eine Überlappung der einzelnen Bilder in Bewegungsrichtung von ungefähr 50% (Abbildung 2) ist notwendig, um den Wegversatz sicher und genau ermitteln zu können. Hierzu ist ein Triggerdelay ⌬t zur Aufnahme des Bildes zum Zeitpunkt tn+⌬t (gegenüber dem Bild zum Zeitpunkt tn entsprechend Abbildung 3) notwendig. Der Zeitpunkt für die Aufnahme des zweiten Bildes, das Triggerdelay ⌬t, kann, um die gewünschte Überlappung zu erzielen, aus den vergangenen Messwerten natürlich nur unsicher vorherbestimmt werden. Der Schätzfehler der notwendigen Prädiktion sollte möglichst klein sein, um den Rechenaufwand für die Bestimmung der genauen Überlappung niedrig zu halten. Neben diesem Prädiktionsfehler ist für die mögliche Verschiebung der beiden Bilder sowohl eine Verzögerung (Notbremsung, von bis zu –1,8 m/s2) als auch eine denkbare Beschleunigung (maximal 1,6 m/s2), die unmittelbar nach dem letzten Messwert wirksam wird, in Betracht zu ziehen. Hinsichtlich der Berechnung der sich ergebenden Verschiebung beider Bilder, kommt eine Vielzahl von Verfahren in Betracht. Die Auswertung unterschiedlicher objektbasierter Ansätze zeigte jedoch Nachteile im Vergleich zur eingesetzten Korrelationsmethode. B.SC. TAMAS BAJCSI Fakultät Computer & Electrical Engineering Studiengang Smart Systems (SMA), Masterstudent Abbildung 3: Triggerdelay ⌬t vs. Geschwindigkeit (aus Prädiktion). Kamerasystem Die bildgebende Sensorik besteht aus einem telezentrischen Objektiv und einer 2-CCD-SW-Kamera mit eingebautem Strahlteiler. Die beiden voneinander unabhängigen CCD-Sensoren sind so justiert, dass sich ein Versatz der Bilder in x- und y-Richtung nur um maximal ½ Pixel ergibt. Jedes CCD verfügt über eine autonome Ansteuerund Ausleseelektronik. Sie sind also unterschiedlich parametrierbar. Die Anwendung solcher Kameratypen liegt in dem sich verstärkenden HDR-Markt.1 Die notwendige Beleuchtung liefert eine LEDLichtquelle, die auch wegen der unerwünschten Bewegungsunschärfe innerhalb der minimalen Shutterzeit der Kamera von 20µs gepulst wird (Abbildung 4). Die Anordnung der einzelnen LEDs in Verbindung mit Reflektoren führt zu einer ausreichend homogenen Ausleuchtung im Bereich des Messfensters. Auf Grund der hohen Lichtstärke der Lichtquelle hat Fremdlicht einen vernachlässigbaren Einfluss. Die prinzipielle Anordnung des Messsystems geht aus der Abbildung 5 hervor. Abdrücke, Riefen oder Roststellen, die der Schiene ihre charakteristische Textur geben, werden dadurch bei optimaler Lichtausbeute sichtbar. Das telezentrische Objektiv garantiert (im Telezentriebereich), dass Federwege oder Montagefehler die Abbildung nicht beeinflussen und damit das Messergebnis verfälschen. Abbildung 2: Die beiden Bildfenster und deren Überlappung. HDR (High Dynamic Range): Bildsensoren, die beispielsweise gleichzeitig eine Glühbirne und deren Leuchtfaden zeigen können.

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Umwelt Auswertung der Kamerabilder Zwei Zielkriterien charakterisieren den Kern der Algorithmik und die Umsetzung in ein FPGA. Zum einen muss die Wegverschiebung in Fahrtrichtung möglichst pixelgenau und mit hoher Zuverlässigkeit ermittelt werden. Zum anderen ist es wegen der notwendig hohen Genauigkeit zur Prädiktion des Triggerzeitpunktes unerlässlich, die Framerate der Kamera auszunutzen. Die zentrale Aufgabe des Prozesses besteht im Vergleich des Überlappungsgebietes, das in 8x8 Pixel große, nebeneinander liegende Teilbereiche gegliedert ist. Für jeden dieser Teilbereiche wird in einer limitierten Umgebung, deren Größe sich aus der Unsicherheit der Prädiktion ergibt, der normierte Kreuzkorrelationskoeffizient ␥ bestimmt. Abbildung 4: Bewegungsunschärfe vs. Geschwindigkeit. Bild 2 arithmetischer Mittelwert Bild 2 etischer Mittelwert Bild 2 t (8x8) Bild 1 (8x8) etischer Mittelwert Bild 1 (8x8)Mittelwert Bild 1 (8x8) arithmetischer Die beiden zeitversetzten Bilder zeigen im Überlappungsbereich sehr ähnliche Strukturen an Koordinaten, die sich lediglich um ein prädiktives ⌬s und den Prädiktionsfehler ± unterscheiden. Jeder Teilbereich liefert so viele, relativ kleine Verschiebungsvektoren unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit. Die jeweiligen Ergebnisse der Teilbereiche kumulieren zu einer Verteilung, wie sie typisch Abbildung 6 zeigt. Die Approximation mit einer Gaußfunktion (in Fahrtrichtung) liefert sowohl den aktuellen Schätzfehler und damit in Verbindung mit dem Prädiktionswert ⌬s die Geschwindigkeit, als auch eine Aussage über die Zuverlässigkeit des Messwertes (Varianz). Auf Grund der Umsetzung der zeitkritischen Rechenoperationen in ein FPGA (durch unseren Partner NewTec) steht alle 33 ms ein Geschwindigkeitsmesswert zur Verfügung. Dieser basiert auf dem geschätzten Triggerdelay (⌬t und damit ⌬s), berechnet aus der zu erwartenden aktuellen Geschwindigkeit, als auch aus dem Korrelationsergebnis. Abbildung 5: Prinzipielle Anordnung der Sensorik, Beleuchtung und Schiene des Versuchsmusters. Abbildung 6: Verschiebungswahrscheinlichkeit quer und längs der Schiene basierend auf den einzelnen Korrelationsergebnissen.

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Umwelt Abbildung 7: Parameterraum des Approximationspolynoms und daraus resultierende Prädiktion. Es kann nicht sicher davon ausgegangen werden, dass jeder Bildvergleich hohe Korrelationswerte liefert. Beispielsweise ist an Weichen (Lücke) durchaus auch mit Ausreißern zu rechnen. Auch lässt die Masse der Bahn nicht beliebige positive oder negative Beschleunigungen zu. Um eine zuverlässige Prädiktion des Triggerdelays zu garantieren, approximieren wir die letzten 30 Messwerte mit einem Polynom 2. Ordnung. Für die Näherung verwenden wir einen modifizierten Ansatz des RANSAC-Algorithmus.2 (Fast) zufällig, unter Berücksichtigung der Varianz der Einzelmessungen, werden in einer Schleife 3 Samples ausgewählt und durch Auswertung des sich ergebenden linearen Gleichungssystems die Parameter des Polynoms bestimmt. Die Werte der in jedem Schleifendurchlauf berechneten Parameter, die einen Parameterraum aufspannen, werden dort kumuliert. Nach einer Reihe von Schleifendurchläufen findet sich ein eng zusammenliegendes Cluster (grüne Box in Abbildung 7) und kennzeichnet die wahrscheinlichen Approximationskurven, die zur Bestimmung des Triggerdelays herangezogen werden. Auf diese Weise können wir den Korrelationsbereich, mit der Folge einer weniger rechenintensiven (und eindeutigeren) Bestimmung des Prädiktionsfehlers, minimieren. Da die Grundlage des Messansatzes die Textur der zeitversetzten Bilder ist, eignet er sich für alle berührungslosen Messungen von „unregelmäßig“ gemusterten Oberflächen. Die erfolgreiche Inbetriebnahme eines Labormusters, ausgestattet mit zwei noch getrennten Kameras und einem vorgeschalteten Prisma, erfolgte im Sommersemester 2011. Die laufenden Arbeiten unseres Teams (Abbildung 8) konzentrieren sich auf die speziellen Anforderungen, die beim Einsatz an Straßenbahnen zu berücksichtigen sind. Dank der umfassenden Unterstützung durch die Firma NewTec und des Entgegenkommens seitens der Freiburger Verkehrsbetriebe können wir Versuche auf einer Teststrecke im VAG-Depot in Freiburg gegen Ende des Wintersemesters 2012/2013 durchführen. Ausblick Obwohl unsere kamerabasierte Messeinrichtung konzipiert ist, um die Geschwindigkeit von Straßenbahnen zu ermitteln, ist auch der Einsatz im Bahnbereich mit seinen deutlich höheren Geschwindigkeiten denkbar. Abbildung 8: Das Team (von links): Prof. Dr.-Ing. Reiner Schmid (HFU), Thomas Suratny (VAG), Dr.-Ing. Thomas Wendt (NewTec, Leiter Office Freiburg/Friedrichshafen), Dipl.-Ing. Johannes Waibel (VAG, Unternehmensbereichsleiter Technik, Betriebsleiter BoStrab und BoKraft), B.Sc. Kai Kleiser (HS Offenburg/ NewTec, Masterstudent), M.Sc. Alexander Züfle (NewTec), B.Sc. Tamas Bajcsi (HFU/NewTec, Masterstudent), Dipl.-Ing. Martin Stolpe (NewTec). Nicht im Bild: Prof. Dr.-Ing. Elke Mackensen (HS Offenburg). 2 RANSAC (Random Sample Consensus): Ein Approximationsverfahren, das unempfindlich gegenüber Ausreißern ist

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Kommunikation LED als Fotodetektor in POF-basierten Kommunikationssystemen Dr. Volker Lange, B.Sc. Stephan Storm, Prof. Dr. Robert Hönl, Prof. Dr. Dietrich Kühlke Laserdiode) und Empfänger (Fotodiode). Soll die Übertragung über eine einzelne Faser stattfinden, muss ein Koppelelement verwendet werden, was zu einem Leistungsverlust von mindestens 50% führt. Abb. 1 zeigt einen optischen TOSLINK-Transceiver. Das Blockdiagramm (Abb. 2) bildet ein Kommunikationssystem nach. LEDs können auch als effiziente Fotodetektoren [2] eingesetzt werden. Die bidirektionale Kommunikation zwischen LEDs ist möglich, wenn die LED die Funktion von Sender und Empfänger übernimmt [3]. Die effiziente Ankopplung von LEDs an POF und die Entwicklung von Hochleistungs-LEDs ermöglichen die Weiterentwicklung dieses Konzepts für Kommunikationssysteme kurzer Reichweite. Werden LEDs in der Doppelfunktion als Sender und Empfänger eingesetzt, kann man den Transceiver in seinem Grundaufbau stark vereinfachen (Abb. 3), da nur eine LED pro Transceiver benötigt wird und das optische Koppelelement entfällt. Abstract LEDs can also be used as efficient light detectors. This facilitates the development of a bidirectional communication system in which only one active optical component per communication node is necessary. This concept could be enhanced by using high-power LEDs: communication nodes can be optically provided with energy. The energy stored in a capacitor can supply a microcontroller and a sensor whose data can be transmitted to a base station. The nodes are connected among themselves by plastic optical fibres (POF). DR. RER. NAT. VOLKER LANGE Fakultät Computer & Electrical Engineering Arbeitsgebiet: optische Messund Sensortechnik, Halbleitermesstechnik Tel.: 07723 920 2505 vl@hs-furtwangen.de Abstrakt LEDs können auch als effiziente Fotodetektoren verwendet werden. Diese Doppelfunktion ermöglicht die Entwicklung eines bidirektionalen Kommunikationssystems, in dem nur eine aktive optische Komponente pro Kommunikationsknoten benötigt wird. Durch Hochleistungs-LEDs kann dieser Ansatz erweitert werden: Knoten können optisch mit Energie versorgt werden. Mit der in einem Kondensator gespeicherten Energie kann ein Mikrocontroller und ein Sensor versorgt werden, dessen Messdaten an eine Basisstation übertragen werden können. Die Kommunikationsknoten sind mit Kunststofffasern (POF – plastic optical fibre) verbunden. B.SC. STEPHAN STORM Fakultät Computer & Electrical Engineering Bachelor Electrical Engineering (HFU) z.Z. Masterstudium Leistungsund Mikroelektronik an der Hochschule Reutlingen Abb. 2: Aufbau einer Übertragungsstrecke mit aktuellen Transceivern. Abb. 3: Aufbau einer Übertragungsstrecke mit dem neuen Konzept. Motivation POF-basierte optische Transceiver für kurze Übertragungsstrecken bestehen aus getrennten Empfangs- und Sendeelementen [1] mit jeweils einer aktiven optischen Komponente als Sender (LED oder Im Folgenden wird auf die Eignung von LEDs als Lichtdetektoren eingegangen und die Parameter werden diskutiert, die die Leistungsfähigkeit eines derartigen Kommunikationssystems bestimmen. Außer einem reinen Kommunikationssystem wird ein System vorgestellt, in dem zusätzlich eine optische Energieübertragung realisiert wird. Eigennachweiseffizienz der LED als Detektor Eine LED kann auch als Lichtdetektor verwendet werden [2], da am p-n-Übergang einer LED von einfallendem Licht Elektronen-Loch-Paare erzeugt werden. Abb.1: Toshiba TOSLINK Transceiver.

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Kommunikation Für die hier vorgestellte Anwendung ist wichtig, wie effizient das emittierte Licht einer LED von einer identischen LED nachgewiesen werden kann. Abb. 4 zeigt die normierten Emissions- und Absorptionsspektren von Hochleistungs-LEDs, die rotes bzw. grünes Licht aussenden. Die Absorptionsspektren (gestrichelt) sind gegenüber den Emissionsspektren zu kürzeren Wellenlängen verschoben. Das Überlappen der Spektren ist unterschiedlich: Das Emissionsspektrum der roten LED liegt nahezu vollständig im Absorptionsspektrum, während bei der grünen LED der Überlapp gering ist. Folglich können LEDs ihr eigenes Licht unterschiedlich effizient nachweisen. lung. In den vorliegenden Untersuchungen wurde die Stirnflächenkopplung verwendet, deren Güte wesentlich durch geometrische Größen bestimmt wird. Die Kopplungseffizienz wurde mit der Ray Tracing Methode untersucht. Abb. 5 zeigt die Probleme der Kopplungsanpassung am Eingang bzw. Ausgang der POF. Bei vorgegebener Fläche des Senders und Empfängers, die wegen der Funktionssymmetrie gleich sein müssen, sind für eine POF mit kleinem Durchmesser (Abb. 5 oben) die Verluste auf der Senderseite groß und auf der Empfängerseite gering. Je größer der POF-Durchmesser wird, umso effizienter wird die Einkopplung auf der Senderseite bei zunehmenden Verlusten auf der Empfängerseite (Abb. 5 unten). PROF. DR. ROBERT HÖNL Fakultät Computer & Electrical Engineering Arbeitsgebiet: Mess-, Sensorund Regelungstechnik, Projektmanagement Tel. 07723 920 2328 hnl@hs-furtwangen.de Abb. 4: Normiertes Absorptions- (gestrichelt) und Emissionsspektrum (durchAbb. 5: LED-POF Stirnflächenkopplung. gezogen) der grünes und rotes Licht emittierenden LED (Excelitas ACULED-VHL). PROF. DR. DIETRICH KÜHLKE Um LEDs unterschiedlicher Farbe bezüglich der spektralen Empfindlichkeit ihrer eigenen Emissionswellenlänge miteinander vergleichen zu können, wurde die Eigennachweiseffizienz ermittelt. Die Eigennachweiseffizienz ist der Quotient aus dem erzeugten Kurzschlussstrom in der empfangenden LED und der auf sie treffenden optischen Leistung einer identischen LED. Die LED-POF-Kopplung erfolgte direkt über die Stirnflächenkopplung. Es zeigt sich, dass die roten und gelben LEDs die höchste Eigennachweiseffizienz aufweisen [4]. Da die Absorptionsminima von PMMAbasierten POF gerade in diesem Wellenlängenbereich liegen, eignen sich diese LEDs besonders gut für eine effiziente Energie- und Signalübertragung. Fakultät Computer & Electrical Engineering Arbeitsgebiet: Optoelektronik, Lasermesstechnik, Fasersensoren Tel. 07723 920 2199 kd@hs-furtwangen.de Abb. 6: Kopplungseffizienz als Funktion des Abstandes und des POF-Durchmessers. Optische Ankopplung Die Leistungsfähigkeit des Kommunikationssystems wird bestimmt durch die Effizienz der LED-POF-Kopp- In Abb. 6 wird die Kopplungseffizienz als Funktion des Abstandes der POF vom Sender bzw. Empfänger und des POF-Durchmessers gezeigt. Bei der Simulation wurden die Eigenschaften der im Experiment verwendeten Komponenten berücksichtigt: LED-Fläche 1 mm2, halber LED-Emissionswinkel 55°, numerische

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Kommunikation Kommunikationssystem Die bidirektionale Kommunikation zwischen LEDs, die über POF verbunden sind, wurde mit dem Versatile Link Evaluations Kit untersucht, der mit den Elementen des 1 MBd Standard Link ausgestattet ist. Der Empfänger wurde durch eine HFBR-1524 LED ersetzt. Messungen der Nachweisschwelle der LED als Empfänger ergaben eine mögliche Länge der POF von bis zu 200 m. Auch die für das System spezifizierte Signalrate von 1 MBd konnte verifiziert werden. Folglich kann ein derartig modifiziertes System ohne Einschränkung als Kommunikationssystem über kurze Reichweiten verwendet werden. Abb. 7: Optische Leistung als Funktion des POF-Durchmessers einer rotes (rote Kurve) bzw. gelbes (gelbe Kurve) Licht emittierenden LED. Kommunikationssystem mit Energieübertragung In einem weiteren Schritt wurde neben der Datenübertragung auch die Möglichkeit einer Energieübertragung untersucht. Beispielhaft wurde eine Sensorapplikation konzipiert. Das Gesamtsystem besteht aus einer Basisstation und einer Sensorplattform. Dabei soll die Sensorplattform optisch von der Basisstation mit Energie versorgt werden, Sensordaten aufzeichnen und an die Basisstation übertragen (Abb. 9). Abb. 8: Fotostrom als Funktion des POF-Durchmessers einer rotes (rote Kurve) bzw. gelbes (gelbe Kurve) Licht emittierenden LED. Apertur der POF 0.5. Die Kopplungseffizienz ist bei kleinen Abständen am höchsten, wenn die Flächen von LED und POF ähnlich sind. Bedingt durch die Bauart der LED beträgt der minimale Abstand zwischen POF und LED ca. 700 µm. Für diesen Abstand verschiebt sich das Maximum für die Kopplungseffizienz zu einem POF-Durchmesser von 1.5 mm. Diese Ergebnisse stehen in Einklang mit Messungen der optischen Leistung am Ausgang der POF (Abb. 7). Für große Durchmesser wird eine Sättigung der optischen Leistung erreicht. Abb. 8 zeigt den in der Detektor-LED erzeugten Fotostrom. Das Maximum liegt bei einem Durchmesser von 1.5 mm. Für größere Durchmesser nimmt der Fotostrom ab wegen der zunehmenden Kopplungsverluste auf Detektorseite bei konstanter eingestrahlter optischer Leistung (Abb. 7). Abb. 9: Konzept des Beispielsystems zur Energieübertragung. Abb. 10 zeigt das Blockschaltbild der Basisstation. Die Sendeelektronik steuert die LED zur Daten- oder Energieübertragung. Die Empfangselektronik verstärkt das von der Sensorplattform gesendete und von der Basisstation empfangene Signal. Die beiden Schaltungen können nicht gleichzeitig aktiv sein. Der Mikrocontroller verarbeitet die Daten und kommuniziert über eine RS232 Schnittstelle mit dem PC. Über eine LAN- oder RS485-Schnittstelle kann das System in ein Netzwerk eingebunden werden. Das Blockschaltbild der Sensorplattform ist in Abb. 11 dargestellt. Wie in der Basisstation gibt es hier eine Sende- und Empfangselektronik. Dabei ist wichtig, dass

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Kommunikation Abb. 10: Blockschaltbild der Basisstation. Abb. 11: Blockschaltbild der Sensorplattform. Abb. 12: Ladekurve des Speicherkondensators bei hoher (rote Kurve) und geringer (blaue Kurve) Ladeeffizienz. Abb. 13: Datenübertragung (rote Kurve) mit Spannungsabfall (blaue Kurve) am Speicherkondensator. die Empfangselektronik wenig Energie verbraucht, da sie dauerhaft aktiv ist. Die Sendeelektronik dient dazu, die LED zu betreiben und Sensordaten an die Basisstation zu übertragen. Zusätzlich gibt es eine Ladungspumpe, die den kapazitiven Energiespeicher CL lädt. Ein Mikrocontroller speichert die Sensordaten und regelt die Steuerung der Sensorplattform zwischen den Betriebsmodi „Daten senden“, „Daten empfangen“ und „optische Energie empfangen und speichern“. Die elektronischen Schaltungen sind ausführlich in [4, 5] beschrieben. wesentlich bestimmt wird durch die Kopplungseffizienz, die POF-Dämpfung, die LED-Eigennachweiseffizienz und die Ladeelektronik. Alle Faktoren resultieren in der Ladekurve des Speicherkondensators (Abb. 12). Die Leistungsfähigkeit wird auch bestimmt durch die Entladung des Speicherkondensators durch den Sendevorgang der Sensorplattform. Abb. 13 zeigt ein typisches Datenübertragungssignal zusammen mit dem Spannungsabfall am Kondensator. In diesem Beispiel (9600 Bd, 100 mA Betriebsstrom der Sende-LED) führt die Übertragung mit 47 aktiven Zuständen der LED der Sensorplattform zu einem Spannungsabfall von ca. 110 mV. Die minimale Betriebsspannung der Sensorplattform beträgt 1.8 V. Bei dieser Spannung beträgt die Steigung der Ladekurve bei guter Anpassung 10 mV/s. Damit kann der Leistungsfähigkeit des Systems Bedeutend für ein derartiges Datenübertragungssystem mit Energieversorgung ist die Leistungsfähigkeit, die

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Kommunikation Sendevorgang alle 11 Sekunden wiederholt werden. Eine verbesserte optische Anpassung sowie eine höhere Baudrate bei der Datenübertragung (damit kürzere aktive Zeit der LED) und ein geringerer LEDSendestrom ermöglichen deutlich kürzere Übertragungswiederholzeiten oder die Übertragung größerer Datenmengen. Wichtig ist auch der Energiebedarf der Schaltungsteile der Sensorplattform, die dauernd in Betrieb sind: ■ ■ ■ als Empfänger verwendet werden können. Dadurch können optische Transceiver mit LEDs stark vereinfacht werden, sodass die Komplexität und die Kosten reduziert werden könnten. Neben der reinen Kommunikationsfunktion konnte gezeigt werden, dass auch eine optische Energieversorgung möglich ist. Mögliche Einsatzmöglichkeiten für diese Kommunikationssysteme für kurze Reichweiten finden sich im Bereich der Gebäudeautomatisierung und in der Fahrzeugtechnik. Mikrocontroller im Ruhebetrieb Empfangsschaltung Ladungspumpe Literatur [1] Ziemann, O., Krauser, J., Zamzow, P.E., Daum, W.: POF-Handbuch: Optische Kurzstrecken-Übertragungssysteme, Springer, 2007. [2] Lange, V., Lima, F., Kühlke, D.: Multicolour LED in luminescence sensing application, Sensors and Actuators A 169, 2011, pp. 43-48. [3] Katsande, M.P., Kalymnios, D., Steers, E., Faulkner, D., Cockburn, A.: A LED as emitter and detector for bi-directional communication over a single POF, POF Conference Berlin, Proceedings, (1998) 127-129. [4] Storm, S.: Optische Daten- und Energieübertragung, Bachelor-Thesis, Hochschule Furtwangen, 2011. [5] Lange, V., Storm, S., Hönl, R., Kühlke, D.: LED als Photodetektor in POF basierten Kommunikationssystemen, ITG-Fachbericht 233, VDE Verlag, 2012. Dabei zeigt sich, dass der Mikrocontroller die größte Stromaufnahme aufweist. Der eingesetzte Prozessor (PIC12F1822) hat im aktiven Betrieb eine sehr geringe Stromaufnahme (330 µA bei 1.8 V). Außerdem kann die Stromaufnahme im Ruhebetrieb deutlich verringert werden, da der Prozessor im „SLEEP-Mode“ eine Stromaufnahme im Nano-Ampere-Bereich besitzt. Fazit Im Rahmen der dargestellten Arbeit konnte gezeigt werden, dass LEDs als optische Komponenten in Kommunikationssystemen, die im Halbduplexverfahren arbeiten, nicht nur als Sender sondern auch

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Kommunikation Putting the smarter heat to smarter use www.efd-induction.com Home of INNOVATION Gambro ist ein weltweit operierendes Medizintechnik-Unternehmen und führend in der Entwicklung, Herstellung und Lieferung von Produkten und Therapien sowohl für die Blutreinigung bei Nieren- und Lebererkrankungen als auch bei Nierenversagen bei Multiplem Myelom und anderen extrakorporalen Therapien für chronisch und akut kranke Patienten. Gambro wurde 1964 gegründet und hat heute 7500 Mitarbeiter. Das Unternehmen ist global mit Produktionsstätten in neun Ländern und Verkaufsniederlassungen in mehr als 100 Ländern vertreten. Sie haben den Kopf voller Ideen? Wir bieten Praxissemesterplätze für Diplomanten, Master- und Bachelorstudiengänge sowie Praktikumsplätze aus folgenden Bereichen Ihre aussagekräftige Bewerbung richten Sie bitte an: Gambro Dialysatoren GmbH Service Center Personal Holger-Crafoord-Straße 26, 72379 Hechingen Telefon 07471/17-1491, Telefax 07471/17-71491 bewerbungen.hechingen@gambro.com www.gambro.com

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Kommunikation Masterplanung eines glasfaserbasierten Landkreisnetzes Prof. Dr. Jürgen Anders, M.Sc. Rolf Strittmatter Abstract The administrative district of „Schwarzwald-BaarKreis“ plans to improve the internet connectivity for all households and enterprises located in the county. Since the existing fixed network infrastructure based on copper telephone lines reached the end of the technological lifecycle, a new telecommunications infrastructure based on optical fiber technology is required to meet the demands of the future. The rural structure of the area with its low density of population imposes major challenges for an economic development of the required new infrastructure: On one hand, high investments are necessary due to the typically long distances in rural areas. On the other hand, the usually lower density of population compared to urban areas limits return on investment [1, 8]. In December 2010, the District Office of the county (Landratsamt Schwarzwald-Baar-Kreis) together with the “Industrie und Handelskammer” of the region Schwarzwald-Baar-Heuberg (IHK-SBH) initiated a joint research project with Furtwangen University in order to develop methods to improve the economic feasibility of the development plan. In the research project, the main focus was on cost reduction as well as on the development of intelligent network architectures, leading to enhanced utilization of the newly built telecommunications lines. Heutige Festnetz-Zugangstechnologien, die auf der traditionellen Telefonleitung beruhen, können den zukünftigen Anforderungen an Übertragungsgeschwindigkeit, Datenvolumen oder Echtzeitfähigkeit nicht mehr gerecht werden. Allein die Glasfasertechnologie besitzt die hierfür erforderlichen Eigenschaften und wird daher als einzige zukunftssichere Technologie angesehen. Der flächendeckende Ausbau eines Glasfasernetzes ist jedoch äußerst kostspielig. Von dieser Herausforderung besonders betroffen ist der ländliche Raum, da hier in der Regel große Distanzen überbrückt werden müssen und zugleich die Teilnehmerdichte vergleichsweise gering ist. Dadurch erscheint der Ausbau von Glasfaserinfrastrukturen im ländlichen Raum zunächst als äußerst unwirtschaftlich und es droht im Bereich der Daseinsvorsorge eine Benachteiligung ländlicher Regionen [1]. Diese Entwicklung hat eine weitreichende politische Dimension: Die Kluft zwischen Stadt und Land, in diesem Fall die sogenannte „digitale Kluft“, nimmt derzeit stark zu und wird zukünftig zu unterschiedlichen Lebensbedingungen zwischen Stadt und Land führen [2, 3]. Um dieser drohenden Benachteiligung zu begegnen, erteilte der Landkreis Schwarzwald-Baar als ländlich geprägter Raum im Dezember 2010 einen Forschungsauftrag an die Hochschule Furtwangen mit dem Ziel, alternative Methoden und Wege für eine flächendeckende Ausbauplanung zu ermitteln um die Wirtschaftlichkeit des Netzausbaus deutlich zu erhöhen. Unterstützt wurden die Forschungsaktivitäten durch die Sachgebiete „Breitband“ und „Geoinformation“ des Vermessungs- und Flurneuordnungsamts des Schwarzwald-Baar-Kreises sowie durch ein Projektstudium zur Bedarfsermittlung mittels einer Online-Befragung, welches von der Industrie- und Handelskammer der Region Schwarzwald-Baar-Heuberg (IHK-SBH) finanziert wurde. Die im Rahmen des Projektes entwickelte Planungsmethodik setzt auf die Nutzung von Synergien im Aufbau eines interkommunalen Netzes und bezieht sowohl die aktuelle Versorgungssituation als auch die Erhebung des Bedarfs in den einzelnen Gemeinden mit ein. PROF. DR. JÜRGEN ANDERS Stiftungsprofessur „Digitale Infrastrukturen im Ländlichen Raum“ Fakultät Digitale Medien Arbeitsgebiete: Breitbandtechnologien, Strategische Netzplanung, Beratung öffentlicher Institutionen Tel. 07723 920 2926 ane@hs-furtwangen.de Einleitung Ein hochleistungsfähiger Zugang zum Internet ist mittlerweile sowohl für die privaten Haushalte als auch für Gewerbebetriebe zunehmend von existenzieller Bedeutung geworden. Durch neue Trends in der IT- und Medientechnologie wie Cloud Computing, Plattformen sozialer Medien oder die Integration von Mobiltelefon, PC und TV liefert zukünftig allein das weltweite Internet den Zugang zu neuen Medien-Inhalten und Applikationen. Aus diesem Grunde wird auf politischer und kommunaler Ebene eine ausreichende Netzanbindung neuerdings zu der sogenannten „Daseinsvorsorge“ gezählt, genauso wie Strom, Gas, und Wasser [2, 3].

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Kommunikation Darstellung der Methoden Planungsmethode Aktuelle Studien belegen, dass der Ausbau einer glasfaserbasierten Netzinfrastruktur ab einer mittleren Besiedlungsdichte von unter 300 – 400 Haushalten pro Quadratkilometer häufig nicht mehr wirtschaftlich darstellbar ist [1, 8]. Die Berechnung der Wirtschaftlichkeit beruht dabei in der Regel auf zwei wesentlichen Grundlagen: 1. Den Kosten zur Schaffung der Infrastruktur (Verlegekosten der Glasfasernetze). 2. Dem Nutzungsgrad der Infrastruktur, das bedeutet der Zahl der Teilnehmer und deren Nutzungsintensität je Glasfaserverbindung. In der vorliegenden Forschungsarbeit wurde eine Planungsmethodik entwickelt, die vor allem für dünn besiedelte Regionen diese beiden Faktoren in besonderem Maße berücksichtigt. Die derzeit anerkannteste Dokumentation ist der Infrastrukturatlas der Landesanstalt für Kommunikation. Diese basiert jedoch auf freiwilligen Angaben und ist daher nicht vollständig. Im Rahmen des Forschungsprojekts mussten aus diesem Grund die Daten wesentlich ergänzt werden. Über die Sachgebiete „Breitband“ und „Geoinformation“ des Vermessungs- und Flurneuordnungsamts des SchwarzwaldBaar-Kreises wurden dazu umfangreiche Erhebungen in den Kommunen, bei öffentlichen und privaten Eigentümern vorhandener Netzinfrastruktur (Strom/ Gas/Wasser/Telekommunikationslinien in öffentlicher Hand) sowie privaten Betreibern von Telekommunikationsnetzen durchgeführt. Im Ergebnis konnte eine umfangreiche Datenbank potenziell nutzbarer Infrastruktur geschaffen werden, welche eine wesentliche Grundlage für die darauf aufbauende Trassenplanung eines landkreisweiten Backbones bildet. Es bleibt jedoch anzumerken, dass im Bereich der Telekommunikationsinfrastruktur privater Betreiber auf Grund fehlender Auskunftspflichten auch hier keine Vollständigkeit in der Erhebung erreicht werden konnte. Dieser Bereich der vorhandenen Infrastruktur wurde aus diesem Grund in der Analyse ausschließlich im Rahmen der bereitgestellten Informationen berücksichtigt. In Abbildung 1 ist das Ergebnis der Planung dargestellt: Schwarz gekennzeichnet sind die Trassen entlang vorhandener Infrastruktur, rot gekennzeichnet sind die für einen flächendeckenden Netzausbau erforderlichen Ergänzungen, die so genannten „Lückenschlüsse“. Der landkreisweite Netzausbau berücksichtigt die Anbindung aller Gemeinden und wird durch mehrere Ringschlüsse auch hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit gerecht. Die Analyse des resultierenden Potenzials zur Kostenreduktion hat ergeben, dass bei Nutzung sämtlicher Synergien ca. 50% der landkreisweiten Ausbaukosten eingespart werden können. Hierbei muss jedoch berücksichtigt werden, dass seitens der Eigentümer vorhandener Infrastruktur heute nur in geringem Umfang Verpflichtungen bestehen, diese Infrastruktur zur Nutzung Dritter bereitzustellen. Die Änderungen im Telekommunikationsgesetz 2012 beinhalten zwar zusätzliche Pflichten der Eigentümer M.SC. ROLF STRITTMATTER Fakultät Digitale Medien Projektmitarbeiter „Datenautobahn Schwarzwald“ Forschungsschwerpunkte: Strategische Netzplanung, Öffentliche Zugangsnetze Reduktion der Kosten Wie eingangs erläutert, bestimmen die Infrastrukturkosten in erheblichem Maße die Wirtschaftlichkeit des Netzausbaus. Der Anteil der Verlegekosten liegt dabei im Bereich von 70 – 80% der Gesamtkosten. Neben neuen und kostengünstigeren Verlegetechniken bildet die Nutzung von vorhandener Infrastruktur sowie die Mitverlegung bei Baumaßnahmen das größte Potenzial zur Kostenreduktion. Als vorhandene Infrastruktur kommen folgende Netze in Betracht: ■ ■ Strom/Gas/Wasserleitungen Abwasserkanäle ■ Telekommunikationsinfrastruktur privater Betreiber ■ Telekommunikationsinfrastruktur in öffentlicher Hand (kommunale Netze) ■ Anbindung von Sendemasten ■ Bahnstrecken Synergien In einem ersten Schritt wurde die im gesamten Landkreis vorhandene Infrastruktur ermittelt. Da es für Eigentümer von Netzinfrastrukturen bislang keinerlei Verpflichtungen gab, diese offen zu legen, existieren heute keine umfassenden und verlässlichen Datenbanken.

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Kommunikation 1. Der Zusammenschluss mehrerer Gemeinden zu sogenannten „Gemeindecluster“, die einzelne Netztrassen gemeinsam nutzen. 2. Die gezielte Anbindung von Ausbaugebieten mit hohem Datenverkehrsaufkommen. Beide Maßnahmen wurden bei der Netzkonzeption und Ausbauplanung besonders berücksichtigt und tragen wesentlich zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit bei. Gemeindecluster Der gezielte Zusammenschluss von einzelnen Gemeinden richtet sich in der Planungsmethodik nach der Größe der Gemeinden, deren räumlichen Zusammenhang sowie der Trassenführung des Backbones. Das Ergebnis ist in Abbildung 1 dargestellt: Die Cluster mit den zugehörigen Gemeinden sind in der Karte farblich markiert. Es wurden insgesamt sieben Cluster innerhalb des Landkreises definiert, die jeweils zwischen 2 und 3 Kommunen umfassen. Im Vergleich zu einer Einzelanbindung kann auf diesem Wege die Netzauslastung um Faktoren erhöht werden. Die theoretische Herleitung des Einsparpotenzials wurde in einer Forschungsarbeit im Rahmen des Digitalen Medien Master Programms nachgewiesen [7]. Abbildung 1: Cluster und Trassenplanung im Schwarzwald-Baar-Kreis. Schwarz: Trassen unter Nutzung vorhandener Infrastruktur, Rot: Lückenschlüsse. zur Nutzbarmachung vorhandener Infrastruktur, es sind jedoch zahlreiche vertragsrechtliche und operative Fragen weiterhin offen. Diese müssen im Einzelfall geklärt werden und bilden einen wesentlichen Aspekt bei der Umsetzung [4]. Erhöhung der Netzauslastung Neben der Reduktion der Kosten für den Ausbau der Infrastruktur leistet die Erhöhung der Netzauslastung den zweiten und wesentlichen Beitrag für die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit [1, 8]. Wo in Ballungsräumen die Netzauslastung auf Grund der hohen Bevölkerungsdichte ohnehin gegeben ist, bereitet dies vor allem im ländlichen Raum große Schwierigkeiten. Demzufolge beobachten wir heute einen intensiven Netzausbau in großen Städten wie München und Köln, im Gegensatz dazu jedoch sehr wenig Ausbauprojekte im ländlichen Raum. Um dem entgegenzuwirken, wurden im Rahmen des Forschungsprojektes geeignete Maßnahmen entwickelt, um die Netzauslastung auch in dünn besiedelten Regionen zu erhöhen. In der Analyse bildeten sich zwei wesentliche Maßnahmen heraus: Potenzialanalyse für Gewerbegebiete Die gezielte Anbindung von Ausbaugebieten mit hohem Datenverkehrsaufkommen erfordert üblicherweise eine detaillierte und sehr aufwändige Erhebung der zukünftigen Endteilnehmer und deren Anforderungen. Für eine landkreisweite Planung ist eine derartige Analyse aus Aufwandsgründen nicht zielführend. Im Rahmen der Forschungsarbeit wurde daher eine Methodik zur Vereinfachung entwickelt. Dabei wird unterschieden zwischen Wohn- und Gewerbegebieten. Während bei Wohngebieten die Nutzungsintensität weitgehend mit der Zahl der Haushalte skaliert, ist die Situation im Falle von Gewerbegebieten komplexer: Hier richtet sich der Bedarf eher nach der Größe und Branchenzugehörigkeit der ansässigen Unternehmen [5, 6]. Die angewandte Methodik beruht auf der Kombination einer Online-Befragung von Unternehmen mit vor-

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Kommunikation handenen kommunalen Daten bezüglich der Zusammensetzung der Gemeinden aus Privathaushalten und Gewerbebetrieben einschließlich deren Größe und Branchenzugehörigkeit [10]. Mittels der Online-Befragung konnten spezifische Kenngrößen für die Nutzungsintensität der unterschiedlichen Unternehmen in Bezug auf deren Größe und Branchenzugehörigkeit ermittelt werden (Abbildung 2). Die Anwendung der ermittelten Kenngrößen auf die individuelle Struktur eines Ausbaugebietes ermöglicht es, über eine Desktopanalyse Potenzialaussagen zu treffen. Die Methodik wurde in einer Kooperation mit der Sparkassen-Informationstechnologie Calw für bekannte Ausbaugebiete beispielhaft angewandt. Im Ergebnis ergibt sich für den gesamten Landkreis eine Potenzialermittlung für die verschiedenen Ausbaugebiete. Dies wird in Abbildung 3 veranschaulicht. Die Größe der Kreise repräsentiert dabei die relative Bandbreitensensibilität und die zu erwartende relative Nutzungsintensität unter Berücksichtigung der momentan verfügbaren Bandbreite. In der Darstellung wird damit der Handlungsbedarf je Gewerbegebiet verdeutlicht. Ergebnisse Auf der Grundlage der Forschungsarbeit wurden neue Wege aufgezeigt, um den wirtschaftlichen Ausbau einer Glasfaserinfrastruktur auch in ländlich geprägten Regionen zu ermöglichen. Am Beispiel des Landkreises Schwarzwald-Baar liegt als Ergebnis des Forschungsauftrags eine Ausbauplanung vor, die mittels kartographischer Trassenplanung eine in Bezug auf Kosten und Nutzung optimierte Netzarchitektur definiert. Über diese Infrastruktur wird zukünftig eine flächendeckende Anbindung sämtlicher Gemeinden des Landkreises ermöglicht. Durch Priorisierung in Bezug auf die zu erwartende Nutzungsintensität Abbildung 3: Bedarfsanalyse für Ausbaugebiete im Schwarzwald-Baar-Kreis. wurden zudem Meilensteine für die zeitliche Umsetzung im Sinne einer Ausbauplanung festgelegt. Die Meilensteine sind in Abbildung 4 dargestellt, unterschieden nach Wohn-/Mischgebieten sowie Gewerbegebieten und deren Prioritäten. Sämtliche Kommunen und Gewerbegebiete des Landkreises sind anhand der beschriebenen Methodik den Prioritäten in der Meilensteinplanung zugeordnet. Der erforderliche finanzielle Gesamtaufwand für den Ausbau kann durch die Planungen um bis zu 50% reduziert werden und das verbleibende Investitionsvolumen Abbildung 2: Ermittlung der Bandbreitensensibilität von Gewerbegebieten.

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Kommunikation erstreckt sich über die kommenden 10 – 15 Jahre. Bestandteil der mittelfristigen Ausbauplanung bildet dabei der als Zwischenschritt vorgesehene Ausbau der vorhandenen Kupfer-Infrastruktur im Sinne einer FTTC (Fiber to the Curb) Architektur. Inhalt und Wirtschaftlichkeit dieser Netzevolution konnte im Rahmen des Projektes aufgezeigt und nachgewiesen werden [9]. Auf dieser Grundlage wird derzeit für 7 Gewerbegebiete im Landkreis der Ausbau mit neuer Glasfasertechnologie in den kommunalen Gremien vorbereitet. In dem Gewerbegebiet Weilersbach wurde die Umsetzung beschlossen und der Spatenstich ist bereits erfolgt. Weiterhin wurde im Kreistag beschlossen, die vorgeschlagene Backbone und FTTB Ausbauplanung für alle Städte und Kommunen im Landkreis vorzunehmen. niken entwickelt, die eine Nutzung vorhandener Infrastruktur vor allem auch im innerörtlichen Bereich ermöglicht. Diese Entwicklungen weiter zu begleiten wird den Schwerpunkt bei der Fortsetzung der Forschungstätigkeiten bilden. Referenzen [1] Thomas Plueckebaum, WIK Consult. Studie Implikationen eines flächendeckenden Glasfaserausbaus und sein Subventionsbedarf, Februar 2012. [2] Breitbandstrategie der Bundesregierung, BMWi, Februar 2009. [3] Deutschland Digital 2015, IKT Strategie der Bundesregierung, BMWi, November 2012. [4] Telekommunikationsgesetz 2012. [5] Jürgen Anders: Zukünftiger Breitbandbedarf von Unternehmen am Beispiel des Cloud Computing, in: BWGZ 2012, Heft 13, S. 458-460. [6] Jürgen Anders (HFU), Mischa Groh (IHK). Studie Online Befragung Gewerbebetriebe: Trendanalyse, Juli 2011. [7] Daniel Staiger, Jürgen Anders: Strategien zum Breitbandausbau auf kommunaler Ebene, Studienarbeit, August 2011. [8] Stephan Jeschke (B.Sc.), HFU. Wirtschaftlichkeitsanalyse verschiedener Netzmodelle für die Ausbauplanung kommunaler Breitbandnetze unter Berücksichtigung von Betreibermodellen (ÖPP/PPP) und technischen Weiterentwicklungen, Bachelor-Thesis, Februar 2012. [9] Bastian Ludwig (B.Sc.), HFU. Netzkonzeption und Kostenstrukturen beim Aus- und Aufbau von Glasfasernetzen (NGA) unter Berücksichtigung von zeitlichen, topologischen und technischen Aspekten in Gemeinden des ländlichen Raumes, Bachelor-Thesis, Februar 2012. [10] Rolf Strittmatter, HFU: Projektergebnisse Datenautobahn Schwarzwald-Baar. Tempo im Internet – Wege zur Datenautobahn Schwarzwald-Baar, 08.03.2012 Villingen-Schwenningen. www.lrasbk.de/fileadmin/redakteure/ Vermessungs-_und_Flurneuordnungsamt/ Breitband/Veranstaltung_20120308/20120308_ Projektpr%C3%A4sentation_Strittmatter.pdf Abbildung 4: Meilensteine zur Umsetzung der Ausbauplanung, getrennt nach Wohn-/ Mischgebieten und Gewerbegebieten und Prioritäten. (FTTC= Fiber to the Curb, FTTB=Fiber to the Building) Ausblick Die Planungsmethodik ist auf andere Landkreise vor allem des ländlichen Raums übertragbar. Sowohl die Nachbarlandkreise der Region Schwarzwald-BaarHeuberg, Tuttlingen und Rottweil, als auch andere Landkreise in Baden-Württemberg wie etwa der Landkreis Heidenheim, der Ostalbkreis oder der Landkreis Reutlingen planen vergleichbare Aktivitäten. Zur weiteren Umsetzung der Planung wurde ein „Zehn Punkte Programm“ definiert, mit dessen Hilfe die Wirtschaftlichkeit des Ausbaus auch im ländlichen Bereich über die hier beschriebenen Maßnahmen hinaus weiter verbessert werden kann. Parallel dazu werden derzeit zahlreiche alternative Verlegetech-

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Kommunikation MIT WEITBLICK GEPLANT. STEIN baut Transfersysteme von bleibendem Wert. Für präzise Montageprozesse einfach der beste Weg. AUSBILDUNGSPLÄTZE Chancen für Lichtbegeisterte Waldmann ist weltweit einer der führenden Leuchtenhersteller. Über 800 Mitarbeiter weltweit erarbeiten tagtäglich innovative Lichtlösungen in den Bereichen Industrie, Architektur und Medizin. Als Unternehmen mit traditionell hoher Ausbildungsquote bietet das Unternehmen engagierten und erfolgsorientierten Absolventen hervorragende Zukunftschancen. Studentinnen und Studenten begleiten wir mit praxisorientierten Themen im Rahmen Ihrer Diplomarbeit. Im Produktions- und Verwaltungsbereich bieten wir Ihnen unterschiedliche, attraktive Ausbildungsberufe in einem Ausbildungsumfeld an, das Begeisterung weckt und Leistung honoriert. Verbunden mit Teamwork an modernen Arbeitsplätzen lernen Sie die gesamte nationale und internationale Betriebsstruktur kennen. Ausführliche Informationen finden Sie unter www.waldmann.com QUALITAT MARKE SCHWARZWALD STEIN Automation GmbH & Co. KG Carl-Haag-Straße 26 | 78054 VS-Schwenningen Telefon 07720.8307-0 | www.stein-automation.de H. Waldmann GmbH & Co. KG . Postfach 5062 D-78056 Villingen-Schwenningen . Tel: 07720 - 601-100 http://www.waldmann.com . info@waldmann.com

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Kommunikation Barrierefreies Web-Design am Beispiel einer Zeiterfassungssoftware PROF. WILHELM WALTER Fakultät Digitale Medien. Seit 1992 Professor für praktische Medieninformatik an der HFU. Tel. 07723 920 2146 wal@hs-furtwangen.de Prof. Wilhelm Walter Abstract In a joint student project five students of the bachelor programmes Computer Science in Media and Online Media of Furtwangen University examined the impact of web accessibility for people with disabilities (i.e. visual impairments) or elderly. The practical assignment within the project was to adapt the actual software ZEUS® (ISGUS GmbH) to the standards according to WCAG 2.0 (Web Content Accessability Guidelines). von Behinderungen erfordern spezielle assistierende Technologien, die berücksichtigt werden müssen. Personen mit einer Sehbehinderung beispielsweise können sich mit Programmen zum Vergrößern der Darstellung oder sogenannten Screenreadern, die den Bildschirminhalt sprachlich wiedergeben, helfen. Gleichzeitig erleichtert eine barrierefrei gestaltete Webseite auch älteren Personen und neuen Internetnutzern die Verwendung des Internets. Nicht selten verbessert eine Optimierung nach WCAG 2.0 überdies die gesamte Usability einer Webseite, sodass alle Nutzer davon profitieren. Außerdem entsteht dadurch auch eine Verbesserung für Suchmaschinen (SEO) und mobile Geräte [2]. Für Menschen mit Behinderung stellt die Möglichkeit, das Internet uneingeschränkt nutzen zu können, einen entscheidenden Schritt in Richtung soziale Integration dar. Deshalb wurde das Behindertengleichstellungsgesetz, das sich auf die Bereiche des öffentlichen Rechts bezieht, um die „Barrierefreie Informationstechnik-Verordnung 2.0“ erweitert [3]. ZEUS® wurde bislang nicht in Behörden eingesetzt und musste daher nicht barrierefrei sein. Mittlerweile gibt es allerdings einen Kunden aus diesem Bereich, weshalb die ISGUS GmbH nun vor der Aufgabe stand, die Anwendung barrierefrei zu gestalten. Der bereits mehrfach erwähnte Standard „WCAG 2.0“ steht für „Web Content Accessibility Guidelines 2.0“ [4]. Diese Norm definiert zunächst 4 Grundprinzipien barrierefreien Webdesigns: Wahrnehmbarkeit, Bedienbarkeit, Verständlichkeit und Robustheit der Inhalte. Durch 12 Richtlinien, die mehrere Kriterien beinhalten, werden einzelne Aspekte barrierefreien Webdesigns genauer spezifiziert. Die einzelnen Kriterien wiederum sind verschiedenen Konformitätsstufen (A, AA, AAA) zugeordnet. Im Fall der ZEUS® WebServices sollte mindestens A, die niedrigste Stufe, wenn möglich aber auch AA erfüllt werden. Im Folgenden sollen beispielhaft einige, im ZEUS® Webclient besonders relevante Kriterien aufgeführt werden. 1 Aufgabenstellung Im Rahmen des gemeinsamen Projektstudiums der Studiengänge Medieninformatik und OnlineMedien an der Fakultät Digitale Medien beschäftigten sich im Wintersemester 2011/2012 und Sommersemester 2012 fünf Studenten unter Betreuung durch Prof. W. Walter und in Kooperation mit der ISGUS GmbH in VillingenSchwenningen mit der Bedeutung von Barrierefreiheit im Netz. Als praktischer Anwendungsfall wurde die bestehende Zeitwirtschaftslösung ZEUS® der Firma ISGUS herangezogen. Aufgabe war es, den Webclient derart zu verändern, dass die Kriterien für Barrierefreiheit gemäß WCAG 2.0 erfüllt sind. In diesem Zuge sollte zudem die Anwendung modernisiert und auf aktuelle Technologien (ASP.NET 4.0, IIS 7.5 und MSSQL 2008 R2) umgestellt werden. 2 Barrierefreiheit Web accessibility means that people with disabilities can use the Web. More specifically, Web accessibility means that people with disabilities can perceive, understand, navigate, and interact with the Web, and that they can contribute to the Web [1]. Barrierefreiheit bedeutet also, dass bei der Bedienung und Benutzung von Webseiten keine Nachteile durch Behinderungen entstehen. Dabei gilt es, verschiedenste Behinderungen zu berücksichtigen: Visuelle, auditive, motorische, sprachliche, kognitive, Sprach-, Lern- und neurologische Behinderungen. Einige Arten Textalternativen für Nicht-Text-Inhalte: Bilder, die Informationen enthalten, müssen einen Alterna-

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Kommunikation Abbildung 1: Fehlzeitkorrektur-Ansicht vor (links) und nach Optimierung gemäß Barrierefreiheitskriterien (rechts). Pfeile markieren die Anpassungen bei Fenstertitel und Anordnung der Schaltflächen. tivtext erhalten, der diesen Inhalt wiedergibt. Bei ausführlichen Informationsgrafiken kann außerdem eine zusätzliche Seite mit der gesamten Beschreibung des Inhalts notwendig sein. Bilder, die nur als Dekoration verwendet werden, erhalten einen leeren Alternativtext, sodass sie von assistierenden Techniken wie Screenreadern ignoriert werden. <img […] alt=“kurze Beschreibung“ /> Bedeutungstragende Reihenfolge: Die Software muss in der Lage sein, die korrekte Reihenfolge der Inhalte zu erkennen. Das bedeutet, dass es wenig sinnvoll ist, die Buttons zum Speichern einer Formulareingabe am Anfang der Seite zu platzieren, da ein Screenreader-Nutzer das zuerst vorgelesen bekäme (Abbildung 1). Farbe und Kontrast: Farbe darf nicht das einzige Mittel zur Vermittlung von Information sein; es darf also nicht etwa einen roten und einen grünen Button mit unterschiedlicher Funktionalität geben. Der Kontrast vom Text zum Hintergrund muss mindestens 4,5:1 (bzw. 3:1 für große Schrift) betragen. Um dies zu testen, stehen Tools zur Verfügung [5]. Zugänglichkeit per Tastatur: Alle Funktionalitäten, z.B. Links und Eingabefelder, lassen sich auch ohne Maus, also allein durch die Tastatur, bedienen. Der Tastaturfokus soll außerdem gut sichtbar sein, beispielsweise durch farbige Hervorhebung. Dabei darf keine Tastaturfalle auftauchen, also ein Element, von dem sich der Fokus nicht wieder entfernen lässt. Innerhalb der ZEUS® WebServices wurden an einigen Stellen Icons eingesetzt, die über das Javascript-onclick-Attribut mit einem Link versehen waren. Da es sich dabei aber trotzdem um normale Bildelemente handelt (<img […] onclick=“…“ />), wird die Funktionalität nicht erkannt. Um die Bildelemente über die Tastatur zugänglich zu machen, wurden sie in echte Links umgeschrieben (<a href=“…“><img […] /></a>). Seite mit Titel versehen: Jede Webseite hat einen <title>, durch den das Thema beschrieben wird. In der vorherigen Version der Webanwendung trugen sämtliche Pop-Up-Fenster nur den Titel „.“ (Abbildung 1). Beschriftungen (Labels): Eingabefelder besitzen eine klar zugewiesene Beschriftung: <label for=“feld“>Beschriftung:</label> <input id=“feld“ […] /> Weitere, in unserem Fall nicht-relevante Kriterien für ein barrierefreies Webdesign wären z.B. das Bereitstellen von Untertiteln zu Videos bei auditiven Behinderungen oder von Alternativen zum Seitentext in einfacher Sprache für Personen mit kognitiven Behinderungen.

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Kommunikation 3 Methode Um die Webanwendung derart zu verändern, dass sämtliche im vorigen Kapitel vorgestellten Kriterien eingehalten werden, musste zunächst eine wissenschaftliche Analyse der bestehenden Probleme durchgeführt und ein Konzept für deren Lösung erstellt werden. Zur Einführung in die Thematik „Barrierefreiheit“ wurde ein Workshop abgehalten. Die Projektgruppe hatte außerdem die Möglichkeit, gemeinsam mit einem blinden Mitarbeiter der ISGUS GmbH die neuen Webseiten zu testen (Advertising) und konnte dadurch einen guten Einblick in die Arbeitsweise und auch in die Bedürfnisse behinderter Personen bekommen. So konnte sich bei der Entwicklung immer wieder in potenzielle Nutzer hineinversetzt werden. Im Zuge der Modernisierung wurde auch ein neues Design entwickelt, das die Usability durch z.B. größere Schrift und aussagekräftigere Icons verbessert (Abbildung 2). Des Weiteren erleichtert der Einsatz semantisch korrekter Überschriften-Tags (<h1> - <h6>) v.a. Screenreader-Nutzern die Navigation durch die Anwendung. Sie können sich diese Überschriften als Liste vorlesen lassen und so gleich zum gewünschten Punkt springen [6]. Ein aus Sicht der Barrierefreiheit besonders großes Problem stellte der zur Visualisierung von u.a. Fehlzeiten verwendete Kalender innerhalb der Anwendung dar. Diesen derart zu modifizieren, dass er für jedermann bedienbar wird, ohne dabei an Funktionalität zu verlieren [7], wäre mit immensem Aufwand verbunden. Deshalb wurde eine alternative Ansicht entwickelt, in der die Termine als geschachtelte Liste ausgegeben werden (Abbildung 3). Listen helfen besonders Nutzern von Screenreadern, da sie zum einen gut wiedergegeben werden und zum anderen auch praktisches Springen ermöglichen. Der Link zur alternativen Ansicht wurde gleich am Anfang der Seite positioniert, sodass ein Nutzer nicht erst gezwungen ist, sich die gesamte Seite ausgeben zu lassen. Abbildung 3: Oben: Reguläre Darstellung des Kalenders. Unten: Barrierefreie Darstellung des Kalenders. Abbildung 2: Vergleich der Startseiten der Software. Oben: Startseite vor Anwendung von Barrierefreiheitskriterien. Unten: Startseite nachher mit optimiertem Aufbau und Design.

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Kommunikation 4 Zusammenfassung Für Menschen mit Behinderungen ergeben sich durch die Nutzung des Internets viele Möglichkeiten. Aus diesem Grund sollten Webseiten grundsätzlich so barrierefrei wie irgend möglich gestaltet werden; auch, weil dies noch weitere Vorteile mit sich bringt, wie oben bereits aufgeführt wurde. Im Fall von behördlichen Seiten ist Barrierefreiheit sogar gesetzlich vorgeschrieben. Bei der Entwicklung barrierefreier Seiten gibt es viel zu beachten, manches davon gilt jedoch auch als moderner Webstandard und sollte ohnehin erfüllt werden. Eine Checkliste zum Abhaken wichtiger Punkte hat sich als hilfreich erwiesen, um alle potenziellen Schwierigkeiten, die für behinderte Nutzer bei der Verwendung auftreten könnten, zu berücksichtigen. Um diese zu erstellen muss zunächst abgewägt werden, welche Stufe der Barrierefreiheit erreicht werden soll. Das World Wide Web Consortium (W3C) bietet Hilfe zur Auswahl [8]. Im Fall der ZEUS®-WebServices wurden an vielen Stellen nur die minimalen Kriterien erreicht, die bereits die Barrierefreiheit gewährleisten. Hier besteht jedoch u.U. noch Verbesserungspotenzial. Dies könnte bei einer Evaluierung des Webclients zutage kommen, wofür am Ende des Projektstudiums allerdings nicht mehr genug Zeit blieb. Links [1] http://www.w3.org/WAI/intro/accessibility.php/ [2] http://www.w3.org/standards/webdesign/ accessibility [3] http://www.gesetze-im-internet.de/bitv_2_0/ index.html [4] http://www.w3.org/TR/WCAG/ bzw. http://www. w3.org/Translations/WCAG20-de/ [5] http://juicystudio.com/services/luminositycontrastratio.php/ [6] http://www.barrierefreies-webdesign.de/ knowhow/ueberschriften/ [7] http://www.einfach-fuer-alle.de/artikel/komplexoder-einfach/ [8] http://www.w3.org/TR/UNDERSTANDINGWCAG20/conformance.html#uc-levels-head

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Kommunikation Intercorporeal Splits – ein Zyklus von Skypeperformances zur Medialität von Stimme, Haut und Rhythmus Prof. Daniel Fetzner The media exploration „Intercorporeal Splits“ (2010-2013) by Daniel Fetzner is a work cycle on the mediality of voice, skin and rhythm. A sequence of three Skype performances about current forms of digital telepresence is focusing on phenomena of intercorporeality in hyper-local spaces. Enclosed by the noise of the cloud the post-medial self is losing its contour. The ubiquity of the electronic hypersphere is confronting the individual purely with decidable problems. This restriction is softening the physical sensation, the body awareness and the experience of proprioception. Consequently the boundary between the Skin-Ego (Anzieu) and the electronic environment is no longer clearly detectable and its topologies of time and space get permanently folded into new subdivisions. Medienexploration als erkenntnistheoretischer Ansatz Der Projektzyklus „Intercorporeal Splits“ verfolgt neben dem künstlerischen auch einen epistemologischen und mediendidaktischen Ansatz. Hierfür wurde als spezifische Praktik in einem Forschungsprojekt1 mit Masterstudierenden der Begriff der Medienexploration entwickelt, um sich aus der Perspektive einer technischen Hochschule heraus künstlerischer und phänomenologischer Erkenntniswege anzunähern. Mit diesem Ansatz des experimentellen Umgangs mit digitalen Medien sollen neue epistemologische Felder in ihrer Sinnlichkeit erschlossen und imaginativ erkundet werden. Der Projektzyklus „Intercorporeal Splits“ (2010 – 2013) Die Allgegenwart der elektronischen Hypersphäre weicht das Körperempfinden zunehmend auf. Umhüllt vom Rauschen der Cloud verliert das postmediale Selbst an Kontur, die zeitlichen und räumlichen Topologien des Ich erfahren immer neue Faltungen und Teilungen. Dies ist der Untersuchungsgegenstand von „Intercorporeal Splits“, einer Forschung über die Medialität von Stimme, Haut und Rhythmus. Der Projektzyklus von drei Skype Performances fokussiert auf Phänomene von Zwischenleiblichkeit in hyperlokalen Räumen. Die Aufführungen und Ausstellungen sind im Zeitraum von 2010 bis 2013 in interdisziplinärer Zusammenarbeit von Daniel Fetzner mit Künstlern und Theoretikern aus verschiedenen Disziplinen sowie mit Studierenden in Furtwangen, Kairo und Bangalore entstanden. Der Zyklus wird nach „VOICE VIA VIOLIN“ (2010/11) und „PEAU/PLI“ (2012) mit „EMBEDDED PHASE DELAY“ (2012/13) seinen vorläufigen Abschluss finden – einer Untersuchung über das Phänomen der fehlenden Halbsekunde (Helmholtz, 1851) zwischen Deutschland und Indien.2 Im Folgenden wird nur auf PEAU/PLI eingegangen. PROF. DANIEL FETZNER Seit 2002 Professor für Digitale Medien Hochschule Furtwangen, 2007 Visiting Professor San Francisco State University und Gastkünstler am ZKM. 2009-2011 Leiter Media Design Department der German University, Kairo. Forschungsschwerpunkt: Phänomenologie der Medien in hyperlokalen Räumen, www.metaspace.de Tel. 07723 920 2518 fet@hs-furtwangen.de Das Forschungsprojekt Medien untersuchte im Sommersemester 2009 die Potenziale, die sich durch die Überschneidung von ästhetik- und informatikbasierten Fragestellungen ergeben, siehe Positionspapier unter http://www. metaspace.de/Dokumentation/ Medienexploration siehe http://epd.metaspace.de Mit Martin Dornberg und der Tänzerin Monica Alarcon erfolgte 2008 die Gründung der interdisziplinären Forschungsgruppe mbody – künstlerische Forschung in Medien, Somatik, Tanz und Philosophie. Die Skypeperformance PEAU/PLI zur Medialität der Haut Das Teilprojekt PEAU/PLI entstand 2012 als performative Skulptur in Kooperation mit dem Psychosomatiker und Philosophen Martin Dornberg von der Universität Freiburg zur Untersuchung von Grenzflächen, von Faltungen zwischen Mensch, Umwelt und Technik.3 In Form einer Skypeperformance und einer dazu- Abb. 1: PEAU/PLI - der Tänzer Graham Smith im Innenraum seiner künstlichen Umwelt.

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Kommunikation gehörigen Ausstellung untersucht PEAU/PLI Realitätsverschiebungen, Transitionen und Fluktuationen zwischen den beteiligten Akteuren in ihren jeweiligen stadträumlichen Situationen. Das Projekt fokussiert dabei auf die Medialität der Haut, über die der Mensch in intensivem Austausch mit seiner Umgebung steht. Sie ist nicht nur Schutzund Kommunikationsorgan, im Rahmen hautbezogener Austauschprozesse bilden sich vielmehr die Grundlagen von Wahrnehmen, Bewusstsein und Denken: Der französische Psychoanalytiker Didier Anzieu entwickelt daher in Fortführung des Strukturmodells nach Freud den Begriff des Haut-Ich (le Moi-Peau). Die Haut als das funktionell vielfältigste Organ des menschlichen Organismus mit seinen taktilen, rhythmischen und auditiven Hüllen stellt das primäre Interface für den Umgang mit der Wirklichkeit dar. Sie ist Medium, Mitte, Berührungsorgan sowie Organisator aller späteren medialen Austauschprozesse wie Stimme, Schrift, Film und digitale Medien. Letztere haben elektronische Berührungsformen eingeführt die den Informationsfluss zunehmend über elektronische „Hüllen und Häute“ erfahrbar machen. Abb. 2: Hobmeier beim Fußbad mit Elektroden in der ehemaligen Arbeiterkneipe. Richtungsänderung. Der innere Vektor, der Faden des Nomaden Smith, beginnt sich zu komplizieren: Die Aktion impliziert, expliziert, faltet. Zeitgleich wird in Hobmeiers dunkler Zelle im Inneren des Finkenschlag die akustische Beschwörung see me, feel me, touch me (The Who 1971) per Granularsynthese in diskrete Partikel zerhackt und gedehnt, an den Wänden hängen Kruzifixe und andere Kultobjekte. Schauspieler und Tänzer befinden sich mit ihrem jeweiligen Publikum in unterschiedlichen Umwelten und Temporalstrukturen, stehen aber via rotierender Bilder und Sounds aus der Kugel in enger Verbindung. Die mediale Faltung zwischen Blase und Hütte führt über die Skypeverbindung zu polyzentrischen Innenraumbildungen. Die Wohnhüllen (Uexküll 1934) der beiden Akteure ermöglichen in diesem Sinne ein elementares Cocooning. Dafür sorgen auch Rotationsdaten der Bubble, die sonifiziert und in elektrische Körperimpulse per Elektroden auf die Körperoberfläche Hobmeiers transformiert werden.4 Während dieser sein Haut-Ich zuckend mit Textpassagen von Anzieu und Deleuze pflegt, interagiert Smith in seinem Streifzug als ballführender Spieler im Stadtraum mit Passanten. Seine Außenhaut faltet sich auf den Asphalt, auf Autos, Blumen und allerhand andere Oberflächen, versehentlich auch auf ein kleines Mädchen, das zu Boden stürzt. Das Hybrid aus Tänzer und Kugel ist ein ungewöhnlicher Akteur mit einer motorisch, sensorisch, als auch taktil eingeschränkten Handlungsmächtigkeit. Im Inneren rezitiert der reiz-, wirk- und sprachreduzierte Smith den Philosophen Plessner Teil 1: Performance in Freiburg/Haslach „Intensity is embodied in purely autonomic reactions most directly manifested in the skin – at the surface of the body, at its interface with things.“ Brian Massumi (2002) 05. Mai 2012, 17 Uhr: Der Schauspieler Georg Hobmeier lässt sich in der ehemaligen Arbeiterkneipe Finkenschlag ein Fußbad ein. Das tägliche Ritual beginnt mit der Generierung eines Haut-Interfaces, das Einlassen des Wassers wird über das Aufpumpen eines begehbaren Inflatables vor dem Flachbau im Garten praktiziert. Innerhalb weniger Minuten entsteht ein hybrider Körper mit hautähnlichen Falten als nomadische Behausung und bewegliches Objekt, ein Mutant aus technischer Hülle und Mensch. Im Inneren dieser Seifenblase befindet sich der Tänzer Graham Smith, der während des Fußbades per Streifzug durch Haslach einen Uexküllschen Funktionskreis in Gang setzt. Im gekerbten Stadtraum geht er von einem Punkt zum nächsten und die Hülle glättet sich durch Faltung zu einem Affekt-Raum der permanenten Dieses Verfahren wurde bereits in der künstlerischen Forschung »fogpatch« angewandt, siehe Forschungsbericht 2009.

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Kommunikation Der anfangs glatte Raum aus optischer und akustischer Fernwahrnehmung faltet sich im Verlauf des Streifzuges in einen gekerbten Raum grobmotorischer Taktilität, aber auch in einen Raum der sinnlichen und sozialen Isolation und der Enge. Ein sauerstoff- und möglichkeitsarmes Treibhaus aus Hitze und Schweiß, von innen beschlagen und glitschig, das nach einigen freundlichen Interaktionen schließlich von Kindern heftig attackiert wird. Die Skypeverbindung reißt schnell ab, Smith stürzt zu Boden und verletzt sich an der Schulter. Hobmeiers Bad ist nach 15 Minuten beendet. Teil 2: Rauminstallation in der Galerie „Schaufenster“ in Sélestat (F) Abb. 3: Smith auf dem Weg vom glatten zum gekerbten Raum. Fotos: Maurice Korbel „Die mit riesiger, kollektiver Netzhaut überspannte Transparenzgesellschaft bringt es mit sich, dass ein Ereignis sich blitzschnell ausbreitet. Hier ist alles der Sichtbarkeit ausgeliefert.“ Brian Byung-Chul Han (2012) Passanten blicken durch eine netzhautartige Textur von außen durch den blinden Fleck des Sehnervs in den abgedunkelten Raum des Schaufensters, der gleichnamigen Galerie in Sélestat/Elsaß. Das Innere der Räume kann nicht betreten werden, die Betrachter werden über zwei großflächige Fensterscheiben des klassizistischen Wohngebäudes auf sinnlicher Distanz gehalten. Im Inneren sind die beiden Umwelten der PEAU/PLI Performance aus Haslach installativ ausgestellt. Wie der Tänzer muss auch der Passant aktiv werden, in Gang kommen und sein elektronisches Haut-Ich aktivieren. Über eigene Smartphones kann eine dazugehörige Soundscape abgerufen werden. Die Installation wird, je länger man ihrem Weg folgt, ihren Räumen und Texten, schließlich zum Bild und zum Weg des Denkens selbst. Abb. 4: Smith verletzt am Boden seines nomadischen Treibhauses. Der Philosoph Dieter Mersch (2012) skizziert die getriebene Fortbewegung dieses postmodernen, urbanen Nomaden als unwirtliche Sphäre, als eine „Bewegung in fraktalen Zwischenräumen, die eigentlich nicht zu bewohnen sind, die vielmehr die Eigenart besitzen, unablässig wieder zu entgleiten, um von neuem eine weitere mediale Dimension aufzurufen, die uns zu zeitweiliger, wenn auch fragiler Verortung verhilft.“ mit dem Satz „Als ganzer ist der Organismus nur die Hälfte seines Lebens“. Durch die ungewohnte Form von Körperlichkeit gerät das Umweltgefüge von Ich und Welt des Tänzers in eine spürbare Dissonanz. Smith kann nicht greifen, umfassen, berühren und daher auch nur auf eingeschränkte Art denken, also sein „Außen in ein koextensives Innen verdoppeln„ (Deleuze 1988).5 Theoriebezug und Auswertung Medientheoretische Textfragmente von Gilles Deleuze (1988) und Didier Anzieu (1996) werden collagiert und durch die Körper des Tänzers und des Schauspielers hindurch entwickelt. Text, Schauspieler und Publikum im Finkenschlag befinden sich in einem interaktiven Dialog mit Tänzer, Inflatable, Sensoren und Haslacher Passanten – den Aktanten

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Kommunikation Abb. 5: Passantin am blinden Fleck des Schaufensters. im Stadtraum. Die mediale Dazwischenkunft ist hyperlokal und performativ. Der Schauspieler Hobmeier und der Tänzer Smith sind in dieser Rückkopplungsschleife berührend-berührt, es bilden sich neue Interfaces, Hüllen und Falten aus. In der Live-Performance, in anschließenden Diskussionen, Künstlerinterviews und der darauf folgenden Ausstellung wird so das Verhältnis zwischen realen und virtuellen Räumen sichtbar gemacht und auf folgende Forschungsfragen durchleuchtet: ■ Wie und wo verbinden sich Medien, Theorie und Performance? ■ Wo beginnt und wo endet der Körper, wo beginnen und wo enden elektronische Hüllen, Wahrnehmen und Bewegen? ■ Welche Rolle spielen hier die Medien, insbesondere die am Körper verfügbaren wie Smartphone, Kamera, Internet und Skype? ■ Wie entstehen Zentren kollektiveren Bewusstseins und wo enden diese? ■ Wie helfen Begriffe und deren mediale Bearbeitung, mediale Phänomene prägnanter zu beschreiben und zu verstehen? ■ Wie gehen die Begriffe, Prozesse und Aktanten der Performance in die Theoriebildung ein? ■ Wie beeinflussen sich die Begriffe, Phänomene, Themen und mediale Aktanten gegenseitig? ■ Welche Interfaces/Grenzflächen werden wirksam? Das Projekt PEAU/PLI von Daniel Fetzner und Martin Dornberg entstand in Zusammenarbeit mit den Künstlern Georg Hobmeier, Graham Smith und Juan A. Romero sowie den Studierenden Nana Saskia Fiedler, Christofer Henn, Hanna Mai, Gennarino Romano und Fatih Akkas der Hochschule Furtwangen. In Kooperation mit dem Theater und dem Kulturamt der Stadt Freiburg sowie der Galerie „Schaufenster“ in Sélestat (F). Eine ausführliche Veröffentlichung erscheint im Frühjahr 2013 in dem Tagungsband „Ephemer“ der Kunsthochschule Kiel. Ausführliche Projektdokumentation mit Videos unter http://pp.metaspace.de. Projektpräsentationen und Diskussionen 23.04.2012 Workshop am Institut für Medienkulturwissenschaft der Universität Freiburg 05.05.2012 Skypeperformance in Freiburg/Haslach 16.05. – 17.06.12 Ausstellung in der Galerie „Schaufenster“ in Sélestat (F) 07.07.2012 Vortrag auf dem Symposium „Ephemer“ in der Kunsthalle Kiel

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Kommunikation 14.07.2012 14.09.2012 20.10.2012 Screening im Programm „Showtime Finkenschlag“ im Theater Freiburg Vortrag auf dem Symposium „Wissenschaft anders denken“ der Medical School Hamburg Projektvorstellung auf der Tagung „Der Körper im Spiel – Verkörperlichkeiten“ an der Züricher Hochschule der Künste Literatur [1] Anzieu, Didier (1996): Das Haut-Ich. Frankfurt/M.: Suhrkamp. [2] Bense, Max (1949): Technische Existenz, Stuttgart: DVA. [3] Deleuze, Gilles und Guattari Félix (1980): Tausend Plateaus. Berlin: Merve. [4] Deleuze, Gilles (1988): Die Falte. Frankfurt/M.: Suhrkamp. [5] Fuchs, Thomas (2000): Psychopathologie von Leib und Raum. Darmstadt: Steinkopf. [6] Han, Byung-Chul (2009): Duft der Zeit. Bielefeld: transcript. [7] Linz, Erika (2011): Mobile Me. In: Disconneting Media. Basel: Merian. [8] Massumi, Brian (2002): Parables for the Virtual. Duke University. [9] Meyer, Petra Maria (2012): Mit Haut und Hören. In: Phonetic Skin. Köln: Salon Verlag. [10] Mersch, Dieter (2011): Fraktale Räume und multiple Aktionen. Bielefeld: transcript. [11] Teyssot, Georges (2008): Architektur als Membran. Basel: Birkhäuser. [12] Uexküll, Jakob v. (1934): Streifzüge durch die Umwelten. Berlin: Springer. [13] Waldenfels, Bernhard (1996): Das leibliche Selbst. Frankfurt/Main: Suhrkamp. Abb. 6: Daniel Fetzner und Martin Dornberg vor der Installation PEAU/PLI.

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Vorwort Sparkassen-Finanzgruppe Rubrik Kuckucksuhr Das Sparkassen-Finanzkonzept: Ganzheitliche Beratung statt 08/15. Service, Sicherheit, Altersvorsorge, Vermögen. mon amour Tel. 07721 291-0 www.spk-swb.de S Sparkasse Schwarzwald-Baar . . . da bin ich mir sicher Geben Sie sich nicht mit 08/15-Beratung zufrieden – machen Sie jetzt Ihren individuellen Finanz-Check bei der Sparkasse. Wann und wo immer Sie wollen, analysieren wir gemeinsam mit Ihnen Ihre finanzielle Situation und entwickeln eine maßgeschneiderte Rundum-Strategie für Ihre Zukunft. Mehr dazu in Ihrer Geschäftsstelle oder unter www.spk-swb.de. Wenn’s um Geld geht – Sparkasse Schwarzwald-Baar. 20. April – 3. November 2013 | täglich geöffnet | www.deutsches-uhrenmuseum.de Wie man mit Rückgrat Karriere macht Für viele sind sie lebensnotwendig, für uns sind sie Resultat von interdisziplinärer Forschungs- und Entwicklungsarbeit: Unsere innovativen Implantate für die Wirbelsäulenchirurgie verhelfen vielen Menschen zu wiedergewonnener Lebensqualität. Lassen Sie sich anstecken von der Faszination zukunftsweisender Entwicklungsaufgaben und bewerben Sie sich in einem weltweit agierenden Unternehmen. Biedermann Motech GmbH & Co. KG Bertha-von-Suttner-Straße 23 78054 Villingen-Schwenningen Telefon: 07720 8510-0 recruiting@biedermann.com www.biedermann.com

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Autorenverzeichnis GesunDheit Prof. Dr. Knut Möller Prodekan Fakultät Maschinenbau & Verfahrenstechnik und Leiter des Instituts für Technische Medizin (ITeM) M.sc. Axel Riedlinger Akademischer Mitarbeiter am Institut für Technische Medizin (ITeM) Projekt „Wissens- und Modellbasierte Ventilation“. M.Sc. in Biomedical Engineering, Hochschule Furtwangen Tel. 07720 307 4370 rix@hs-furtwangen.de M.sc. Jörn Kretschmer Akademischer Mitarbeiter am Institut für Technische Medizin (ITeM) Projekt „Wissens- und Modellbasierte Ventilation“. M.Sc. in Biomedical Engineering, Hochschule Furtwangen Tel. 07720 307 4370 krj@hs-furtwangen.de Lehrgebiet: Medizinische Informatik Tel. 07720 307 4390 moe@hs-furtwangen.de Prof. Dr. ulrich Mescheder Fakultät Computer & Electrical Engineering Lehrgebiete: Mikrosysteme, Mikrotechnologie, Sensorik Prorektor und Leiter des Instituts für Angewandte Forschung der HFU Tel. 07723 920 2232 mes@hs-furtwangen.de Dr. Wolfgang Kronast Fakultät Computer & Electrical Engineering Forschungsschwerpunkte: Nano- und Mikrosysteme, physikalische Sensoren und Aktoren Tel. 07723 920 2514 wk@hs-furtwangen.de Prof. Dr. med. Dipl.-ing. (BA) Gerd haimerl Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik, Studiendekan Medical Engineering. Lehrgebiete: Medizinische Gerätetechnik, Kardiotechnik, Extrakorporale Systeme, OP-Trainingssimulator Leiter „Zentrum für Angewandte Simulation“ (ZAS) der HFU, Gutachter und wissenschaftlicher Beirat der „Deutschen Gesellschaft für Kardiotechnik“, Leiter Steinbeis Transferzentrum „Technologie und Medizin“ in Villingen-Schwenningen, Vorstand der „Deutschen Gesellschaft für Technische Medizin e.V.“ Tel. 07720 307 4379 hai@hs-furtwangen.de M.sc. Christoph schranz Akademischer Mitarbeiter am Institut für Technische Medizin (ITeM) Projekt „Lungenprotektive Beatmung“. M.Sc. in Biomedical Engineering, Hochschule Furtwangen Tel. 07720 307 4395 scc@hs-furtwangen.de M.sc. Miguel Reyes Adame Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Medizin (ITeM) M.sc. thu nguyen Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Technische Medizin (ITeM) Vorher Masterstudium Biomedical Engineering an der HFU und Masterstudium Nachrichtentechnik an der Universität Ulm. Forschungsschwerpunkte: Lungensimulation, Android-Programmierung Tel. 07720 307 4758 thu.nguyen@ hs-furtwangen.de B.sc. Christian Knöbel Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Medizin (ITeM) Seit 2011 Masterstudium Biomedical Engineering. Forschungsschwerpunkte: Lungensimulator, Modellbildung, System Identifikation Tel. 07720 307 4395 kch@hs-furtwangen.de Wissenschaftlicher Fokus: Neue Konzepte in der Ausbildung, Bewegungsanalyse, Sensorik Tel. 07720 307 4395 rey@hs-furtwangen.de M.sc. Jing Yu Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Technische Medizin (ITeM) Wissenschaftlicher Fokus: Verbesserung der Wahrnehmung der Umgebung für blinde und sehbehinderte Menschen Tel. 07720 307 4753 jing.yu@hs-furtwangen.de Dr. Rolf huster Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fakultät Comuter & Electrical Engineering Tel. 07723 920 2106 hu@hs-furtwangen.de Dipl.-ing. (Fh) Andreas Dietz Technischer Leiter ZAS Labore, akadem. Mitarbeiter der Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik M.sc. Laszlo Becsi Wissenschaftlicher Mitarbeiter am IAF an der HFU Forschungsschwerpunkte: Mikrosystemtechnik, Sensoren, Prozessentwicklung, Prozesstechnologie Tel. 07723 920 2321 becsi@hs-furtwangen.de Spezialgebiete: LabVIEWProgrammierung, Geräteansteuerung, Konstruktion von Simulatorkomponenten Tel. 07720 307 9050 dan@hs-furtwangen.de M.sc. thomas Bier Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor Digital Communication & Signal Processing (DCSP) an der HFU Forschungsschwerpunkte: digitale Signalverarbeitung, Mustererkennung, embedded systems Tel. 07723 920 2454 bit@hs-furtwangen.de M.sc. Rui Zhu Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fakultät Computer & Electrical Engineering Projekt: iView Tel. 07723 920 2101 zhu@hs-furtwangen.de

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uMWeLt Prof. Dr. Dirk Benyoucef Fakultät Computer & Electrical Engineering Leiter des Labors Digital Communication & Signal Processing (DCSP), Studiendekan d. Studiengangs Elektronik u. Technische Informatik (ETI) Forschungsschwerpunkte: Smart Metering, Sensornetzwerke, Indoor-Lokalisation Tel. 07723 920 2342 bed@hs-furtwangen.de Prof. Dr. Markus egert Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik Lehr- und Forschungsgebiete: Medizinische Mikrobiologie, Hygiene, Human-MicrobeInteractions, Mikrobielle Ökologie, Diagnostik von Mikroorganismen Tel. 07720 307 4554 ege@hs-furtwangen.de Prof. Dr. phil. stefan selke Lehrgebiet „Gesellschaftlicher Wandel“, Studiendekan „Angewandte Gesundheitswissenschaften“, Nachhaltigkeitsbeauftragter der HFU Forschungsgebiete: Soziale Nachhaltigkeit und gesellschaftliche Transformationsprozesse, Zeitdiagnosen, Zukunftsmedien, Visuelle Kultur, Öffentliche Soziologie Tel. 07723 920 2873 ses@hs-furtwangen.de Prof. Dr.-ing. taghi tawakoli Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik, Leiter Kompetenzzentrum für Schleiftechnologie und Feinstbearbeitung (KSF); stellvertretender Leiter des IAF Forschungsschwerpunkte: Schleiftechnologie, Trockenbearbeitung, Laser Tel. 07720 307 4380 ta@hs-furtwangen.de Dipl.-Phys. Bernhard Müller Fakultät Computer & Electrical Engineering Forschungsschwerpunkte: Mikrosystemtechnik, Sensoren, Prozesstechnologie, Technische Laborleitung MikroelektronikLaboratorium Tel. 07723 920 2515 mb@hs-furtwangen.de Prof. Dr. Matthias Kohl Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik Lehrgebiete: Biostatistik, Bioinformatik, Statistiksoftware, Biomarker Entwicklung und Validierung, Molekulare Diagnostik, Data Mining Tel. 07720 307 4746 kohl@hs-furtwangen.de Dipl.-Betriebswirtin (BA) stefanie Lützow Forschungskoordination ZAS (Zentrum für Angewandte Simulation) Tel. 07720 307 4714 lues@hs-furtwangen.de Prof. Dr.-ing. Reiner schmid Fakultät Computer & Electrical Engineering Schwerpunkt: Digitale Bildverarbeitung M.sc. Zhanqi Zhao Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Medizin (ITeM) Wissenschaftlicher Fokus: elektrische Impedanz-Tomographie, Atemmechanik, Optimierung des positiven endexspiratorischen Drucks Tel. 07720 307 4395 zha@hs-furtwangen.de M.sc. Daria Pupashenko Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Fakultät MuV., M.Sc. in Mathematik (Kyiv National University 2010 und TU Kaiserslautern 2011) Fokus: Robuste Schätzung in generalisiert linearen Modellen mit asymmetrischen Fehlern und deren Anwendung in der Extremwertstatistik pud@hs-furtwangen.de M.sc. Antwi nimo M.Sc. Microsystems Engineering an der HFU, bis 2010 Projektmitarbeiter Seit 2011 Promotion am IMTEK in Freiburg Tel. 0761 203 7223 antwi.nimo@imtek. uni-freiburg.de Tel. 07723 920 2442 schd@hs-furtwangen.de M.sc. sabine Krüger-Ziolek Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Technische Medizin (ITeM) Wissenschaftlicher Fokus: Neue Konzepte in der Ausbildung, Bodyplethysmographie, Spirometrie. Tel. 07720 307 4395 krue@hs-furtwangen.de B.sc. tamas Bajcsi Fakultät Computer & Electrical Engineering Studiengang SMA, Masterstudent

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Autorenverzeichnis siCheRheit Prof. Dr. Mohsen Rezagholi Dekan Fakultät Informatik Forschungsgebiete: IT-Sicherheit, Software Engineering, Softwarequalität Tel. 07723 920 2325 rmo@hs-furtwangen.de Prof. Dr. Guido siestrup Fakultät Wirtschaftsinformatik Lehrgebiete: Geschäftsprozesse, Logistik und Supply Chain Management. Studiengangleiter Wirtschaftsinformatik Bachelor und Mitglied im Institut für Angewandte Forschung der HFU Tel. 07723 920 2240 sig@hs-furtwangen Prof. Dr. Christoph Reich Professor der Fakultät Informatik für Themen wie Netzwerktechnik, Middleware und ITManagement. Leiter des Informationsund Medienzentrums der Hochschule (Rechenzentrum, OnlineSystem, Learning-System, Bibliothek) Forschungsfelder: Cloud Computing, QoS und SOA, Application Server, Virtualisierung und Security Tel. 07723 920 2324 rch@hs-furtwangen.de Prof. Dr. steffen thiel Professor für Softwaretechnik an der Fakultät Informatik, Studiendekan des Studiengangs Software Produktmanagement M.sc. Denis Jurkovic Fakultät Informatik Akademischer Mitarbeiter der Fakultät Informatik, vorher Studium der Informatik an der HFU. Forschungsgebiete: IT-Sicherheit & mobile Systeme, Trusted Computing Tel. 07723 920 2948 jud@hs-furtwangen.de Forschungsgebiete: IT-Sicherheit, Software-Produktlinien, Softwarearchitekturen, Software-Visualisierung und Software-Evolution Tel. 07723 920 2411 tef@hs-furtwangen.de M.sc. Frank Dölitzscher Doktorand am Cloud Research Lab und der Fakultät Informatik und der Universität Plymouth, Großbritannien. Vorher Studium Computer Networking an der HFU Wissenschaftlicher Fokus: Security in Cloud Computing, Design von Cloud-Architekturen Tel. 07723 920 2352 def@hs-furtwangen.de Dipl.-Kffr. Claudia Breuer Fakultät Wirtschaftsinformatik. Wissenschaftlicher Fokus: Logistikprozesse, Risikomanagement und Simulation. Akademische Mitarbeiterin im BMBFProjekt PreparedNET Tel. 07723 920 2945 brc@hs-furtwangen M.sc. Robert Dotzlaff Fakultät Wirtschaftsinformatik Wissenschaftlicher Fokus: Logistikprozesse, Informations- und Kommunikationssysteme in der Logistik sowie Simulation. Akademischer Mitarbeiter im BMBFProjekt PreparedNET Tel. 07723 920 2947 dot@hs-furtwangen M.sc. Fabian Berner Akademischer Mitarbeiter an der Fakultät Informatik, vorher Studium der Allgemeinen Informatik und Advanced Computer Science an der HFU. Forschungsgebiete: IT-Sicherheit, Mobile Computing. Tel. 07723 920 2352 bef@hs-furtwangen.de Prof. Dr. Friedbert Kaspar Fakultät Informatik Forschungsgebiete: Computernetze, IT-Sicherheit, Netzwerkmanagement, Programmierung Tel. 07723 920 2415 kas@hs-furtwangen.de

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eneRGie Prof. Dr. rer. nat. eduard heindl Lehrgebiete: eBusiness Technologien, Online Marketing, Künstliche Intelligenz, Innovationen, Datenschutzbeauftragter, Organisator StudiumGenerale, Promotion in Physik, Unternehmer Tel. 07723 920 2403 hed@hs-furtwangen.de KoMMuniKAtion Prof. Daniel Fetzner Seit 2002 Professor für Digitale Medien Hochschule Furtwangen, 2007 Visiting Professor San Francisco State University und Gastkünstler am ZKM. 2009-2011 Leiter Media Design Department der German University, Kairo Forschungsschwerpunkt: Phänomenologie der Medien in hyperlokalen Räumen, www.metaspace.de Tel. 07723 920 2518 fet@hs-furtwangen.de Prof. Dr.-ing. Franz Aßbeck Fakultät Computer & Electrical Engineering Leiter des Labors für Angewandte Mechatronik und Systemkonstruktion an der HFU Tel. 07723 920 2172 ass@hs-furtwangen.de Prof. Dr. Jürgen Anders Stiftungsprofessur „Digitale Infrastrukturen im Ländlichen Raum“ Fakultät Digitale Medien Arbeitsgebiete: Breitbandtechnologien, Strategische Netzplanung, Beratung öffentlicher Institutionen Tel. 07723 920 2926 ane@hs-furtwangen.de Prof. Dr. Dietrich Kühlke Fakultät Computer & Electrical Engineering Arbeitsgebiet: Optoelektronik, Lasermesstechnik, Fasersensoren Tel. 07723 920 2199 kd@hs-furtwangen.de Prof. Dr. Paola Belloni Fakultät Wirtschaftsingenieurwesen Lehrgebiete: Physik, optische Simulationen, Lichttechnik B.sc. nina heinig Akademische Mitarbeiterin der Fakultät Wirtschaftsingenieurwesen. Vorher Studium der Medizintechnik an der HFU Fokus: Forschungsprojekt LED-Netzwerk Schwarzwald Tel. 07723 920 2419 heni@hs-furtwangen.de Mitglied des Instituts für Angewandte Forschung der HFU Tel. 07723 920 2197 bel@hs-furtwangen.de Prof. Wilhelm Walter Fakultät Digitale Medien. Seit 1992 Professor für praktische Medieninformatik an der HFU Tel. 07723 920 2146 wal@hs-furtwangen.de Dr. rer. nat. Volker Lange Fakultät Computer & Electrical Engineering Arbeitsgebiet: Optische Mess- und Sensortechnik, Halbleitermesstechnik Tel. 07723 920 2505 vl@hs-furtwangen.de Prof. Dr. Robert hönl Fakultät Computer & Electrical Engineering Arbeitsgebiet: Mess- , Sensor- und Regelungstechnik, Projektmanagement Tel. 07723 920 2328 hnl@hs-furtwangen.de hans-Jürgen scherzinger Technischer Mitarbeiter im Labor für Angewandte Mechatronik und Systemkonstruktion der HFU Dipl.-ing.(Fh) simon Grigull Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor für Angewandte Mechatronik und Systemkonstruktion an der HFU, ab 2013 in Vorbereitung einer Dissertation Tel. 07723 920 2494 grs@hs-furtwangen.de Tel. 07723 920 2495 shj@hs-furtwangen.de M.sc. Rolf strittmatter Fakultät Digitale Medien Projektmitarbeiter „Datenautobahn Schwarzwald“ Forschungsschwerpunkte: Strategische Netzplanung, Öffentliche Zugangsnetze B.sc. stephan storm Fakultät Computer & Electrical Engineering Bachelor Electrical Engineering (HFU), z.Z. Masterstudium Leistungs- und Mikroelektronik an der Hochschule Reutlingen

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Rubrik Technik im Fokus. Menschen im Blick. Denn wegweisende Ideen brauchen Menschen, die sie nach vorne bringen. Mit Ehrgeiz und Leidenschaft bis ins Ziel und darüber hinaus – ob bei der Optimierung vorhandener oder der Entwicklung neuer Technologien. Genau so ist MAHLE. Als weltweit führender Hersteller von Komponenten und Systemen für den Verbrennungsmotor und dessen Peripherie entwickeln und fertigen wir gemeinsam mit circa 49.000 Mitarbeitern zukunftsorientierte Lösungen für unsere namhaften Kunden. Und das an über 100 Standorten und in 8 Forschungs- und Entwicklungszentren weltweit seit Jahren erfolgreich. Heute sind wir in jedem zweiten Fahrzeug weltweit zu finden. Unsere hervorragende Marktposition kommt auch Ihnen zugute: Wir bieten Ihnen ein Umfeld, das von kurzen Entscheidungswegen und viel Freiraum lebt – aber vor allem die Leistung eines jeden Einzelnen zu schätzen weiß. Ergreifen Sie Ihre Chance, und prägen Sie die Zukunft mit MAHLE – an einem unserer Produktionsstandorte in Rottweil. Sprechen Sie mit Thomas Schmider, Telefon +49 741 255-15152 – oder bewerben Sie sich gleich online unter www.jobs.mahle.com

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