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Im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojekts mit dem Titel „Energieautarke Bohrlochsensorik mittels Brennstoffzellen – GeoFuelCells“ wurde vom Geothermie-Zentrum Bochum und dem Westfälischen Energieinstitut, unterstützt aus dem Förderprogramm Ziel 2 (2007-2013 EFRE) des Landes NRW, ein brennstoffzellenbasiertes Energieversorgungssystem für Bohrloch-Anwendungen entwickelt.
Führen Frauen anders?
(2001)
Ethische Führung, Arbeitsplatzunsicherheit und soziale Dominanzorientierung: Eine Vignettenstudie
(2019)
Im Rahmen der Energiewende ist eine Erweiterung der in das Verbund-netz integrierten Energiespeicher notwendig, um zukünftig die heute gewohnte Versorgungssicherheit trotz eines sehr hohen Anteils volatiler regenerativer Energieerzeugungsanlagen zu ermöglichen. Eine geeignete elektrochemische Methode zur umweltfreundlichen Zwischenspeicherung großer Energiemengen stellt die Wasserelektrolyse mit bedarfsorientierter Rückverstromung dar. Dabei können die dynamischen Einspeise- und Laständerungen im elektrischen Verbundnetz im besonderen Maße von Elektrolyseur- und Brennstoffzellen-systemen auf Basis von Polymer-Elektrolyt-Membranen (PEM) aufgefangen werden.
Bestehende PEM-Systeme sind vor allem in ihrer konstruktiven Zellgröße und ihrer maximalen Leistung bei der Wasserstoffproduktion bzw. der Stromerzeugung stark begrenzt. Vor allem inhomogene Verpressungen großflächiger planarer Zellen in einem klassischen, mechanisch verspannten Stack führen zu hohen Leistungseinbußen. Zudem ergeben sich bei kleinen Stacks aufgrund der geringen Zellspannung ungünstige Wandlungsverhältnisse zwischen Strom und Spannung für eine vor- bzw. nachgeschaltete Leistungselektronik. Ein neuartiges Stackkonzept mit segmentierten Polplatten bietet eine konstruktive Lösung für das Problem größerer aktiver Zellflächen und leistet einen Beitrag zur Entwicklung industriell einsetzbarer Hochdruckelektrolyseure und Brennstoffzellen.
Die Klimatisierung von Gebäuden gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dies liegt zum einen an der Bauweise und Nutzung, die höhere Kühllasten mit sich bringt. Zum anderen fordern die Nutzer eine angemessene Behaglichkeit bei hoher Luftqualität.
Diese Forderungen gehen einher mit hoher Energieeffizienz und einwandfreier Hygiene der Raum-lufttechnischen Anlagen. Dieser Beitrag untersucht diese Forderungen für Nichtwohngebäude und prüft, ob Hygiene und Energieeffizienz zu Zielkonflikten führen können.
Der Mensch verbringt einen Großteil seiner Zeit in geschlossenen Räumen und erwartet, dass die Luftqualität mindestens der Außenluft entspricht. Mit Blick auf die aktuelle Feinstaubdebatte, muss die Raumluftqualität noch deutlich darüber hinaus gehen. Weiterhin soll der Aufenthalt am Arbeitsplatz nicht zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen (Reizung der Schleimhäute, trockene Augen oder virale Infektionen).
Die Klimatisierung von Gebäuden benötigt einen nicht unerheblichen Teil der Primärenergie, so dass ein effizienter Anlagenbetrieb ein wichtiger Baustein der Energiewende ist. Dabei spielt die Nutzung von regenerativen Energien (Solarstrom zur Gebäudekühlung) genauso eine wichtige Rolle wie die Optimierung von Komponenten und deren Abstimmung zum „System Gebäudeklimatisierung“.
Zur Einordnung der Themengebiete werden die relevanten Normen und Regelwerke auf europäischer und deutscher Ebene kurz vorgestellt und erläutert.
Am Beispiel eines typischen RLT-Gerätes werden die Komponenten und Funktionen im Betrieb veranschaulicht. Die wichtigsten Komponenten (z. B. Filter, Wärmeübertrager, Befeuchter und Ventilatoren) werden mit Blick auf Hygiene und Energieeffizienz anschließend analysiert und verglichen. Die Vergleiche finden anhand von Fallbeispielen statt, wie sie für Nichtwohngebäude typisch sind. Zusammenfassend wird die Ausgangsfrage aus Sicht des Autors beantwortet.
Employability und Lebenslanges Lernen: Neue Perspektiven
für eine nachhaltige Gesundheitspolitik?
(2005)
In Kollaboration mit dem Fachbereich Maschinenbau wurde eine prototypische Lösung zur Visualisierung der Interaktion zwischen Mensch und Maschine bei kooperativen Arbeiten entwickelt. Der Prototyp wurde in der Programmiersprache C++ auf Basis der Unreal Engine 4 realisiert und soll als Grundlage für weitere Forschungen im Bereich der Mensch-Roboter-Kollaboration dienen. Zur Echtzeitsimulation der Maschinen wurde eine Anbindung basierend auf dem Protokoll OPC UA integriert, sodass eine Kopplung mit Enterprise-Applikationen wie Siemens NX MCD und ABB RobotStudio möglich ist. Für eine realitätsgetreue Darstellung können die Maschinen in der virtuellen Realität abgebildet werden. Die Visualisierung eines Menschen erfolgt durch Einbindung der Microsoft Azure Kinect, wodurch eine Person durch eine farbliche Punktwolke oder ein Skelett angezeigt werden kann.
Für einen Energiesektor, der zukünftig im hohen Maße auf erneuerbaren Quellen beruht, sind Energiespeicher unverzichtbar, um die heute gewohnte Versorgungssicherheit auch in Zeiten geringer Einspeisung aus Wasser, PV- und/oder Windkraftanlagen garantieren zu können. Da konventionelle Speichertechnologien wie beispielsweise Pumpspeicherkraftwerke durch fehlende mögliche Standorte in Deutschland nicht weiter ausgebaut werden, sind Alternativen notwendig. Es ist Konsens, hierfür emissionsarme Strategien zu entwickeln, um die gesetzten Ziele zur Reduktion von CO2 Emissionen zu erreichen. Neben Batterien, die vorzugsweise für Kurzzeitspeicher einzusetzen sind, bietet sich Wasserstoff als umweltfreundlicher Sekundärenergieträger an, der in großen Mengen gespeichert und in Brennstoffzellen mit hohem Wirkungsgrad emissionsfrei in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Da elementarer Wasserstoff nicht natürlich vorkommt, ist dieser zuvor zu generieren. Überschüsse aus regenerativen Energiequellen können hierfür ideal genutzt werden. In diesem Beitrag wird ein aussichtsreiches Konzept für einen modularen Hochdruckelektrolyseur vorgestellt, welcher erlaubt, Wasserstoff bei einem hohen Ausgangsdruck bereitzustellen. Durch den prinzipiellen Aufbau, ist ein beliebiges Druckniveau am Ausgang nur von der mechanischen Stabilität der verwendeten Bauteile abhängig. Hierdurch ist es möglich, Wasserstoff direkt in einen Druckgasspeicher oder eine Pipeline zu produzieren, ohne einen zusätzlichen Verdichter nutzen zu müssen. Dies resultiert in signifikanten Kosteneinsparungen und verbessert den Systemwirkungsgrad zukünftiger Anlagen entscheidend.
In state of the art polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) rare and expensive platinum group metals (PGM) are used as catalyst material. Reduction of PGM in PEMFC electrodes is strongly required to reach cost targets for this technology. An optimal catalyst utilisation is achieved in the case of nano-structured particles supported on carbon material with a large specific surface area. In this study, graphitic material in form of carbon nanofibres (CNFs) is decorated with platinum (Pt) particles serving as catalyst material for PEMFC electrodes with low Pt loading. For electrode preparation CNFs have been previously activated by means of radio frequency induced oxygen plasma. This kind of treatment results in formation of functional groups on the CNF’s surface which directly influences the characteristics of subsequent Pt particle deposition. Different plasma parameters (plasma power, gas flow or exposure time) have to be set in order to achieve formation of oxygen containing functional groups (hydroxylic, carboxylic or carbonylic) on the CNF’s surface. In the frame of this experimental work, electrodes are investigated in respect of optimal morphology, microstructure as well as electrochemical properties. Therefore, samples were characterised by means of scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray analysis, transmission electron microscopy, thermogravimetry, X-ray diffraction, X-ray fluorescence as well as polarisation measurements.
Competency-oriented exams offer a wide range of advantages, especially where the use and mastery of third-party applications and tools play an important role. Therefore, we developed a competency-oriented setup for both our programming classes and exams ensuring their constructive alignment.
Exams were moved to the computer lab and designed to test both conceptional skills as well as the use of state-of-the-art programming tools. At the peak of the COVID-19 pandemic, when exams had to be moved from lab to online, we needed to design an online setup for our practical programming exams preserving the competency-oriented approach and its constructive alignment as well as the validity, reliability and fairness of the exams. The key was to use the same online tools that have been introduced
for running lectures and practical classes offering almost the same learning experience as before the pandemic. However, to ensure the validity and fairness of the exams, some kind of online supervision needed to be implemented as technical solutions were found to be either unusable or not working
properly in our case. This paper discusses the driving factors, the resulting technical and organizational setup as well as students’ feedback and lessons learned for further improvements. Therefore, COVID-19 has not been able to ruin our competency-oriented programming exams.
Diversity Management - an approach to use people of different ages as a resource in enterprises
(2003)
This paper describes a new concept and experiences of a distributed interdisciplinary learning programme for students across continents. The aim is to provide students with a truly Global Intercultural Project Experience (GIPE) by working together with peers from around the world, and solving real-life client’s problems. We have received seed-funding for four annual projects to engage students from Germany (Europe), Namibia (Africa), Indonesia (Asia), and Peru (Latin-America). In 2020, 30 students from four continents engaged in a one-semester distributed software development project for a Namibian client. Despite Covid-19 they successfully completed the project expressing deep appreciation for the learning opportunities overcoming challenges of working across wide-spread time zones, cultures, changing requirements, and various technical challenges. Considering the vast learning benefits, we suggest to incorporate such projects in all tertiary education curricula across the globe.
Dem Thema Nachhaltigkeit kommt zunehmend eine größere Bedeutung zu. Dies liegt nicht zuletzt daran, dass die Pflicht, einen Nachhaltigkeitsbericht zu erstellen, mit dem Jahr 2024 auch auf viele kleine und mittlere Unternehmen ausgeweitet wird. Bislang trifft dies überwiegend auf große Unternehmen zu, welche in der Regel strukturell und hinsichtlich Software sehr gut für die Bewältigung dieser Aufgabe aufgestellt sind. Anders verhält es sich jedoch bei KMU, denn in diesen fehlen meist personelle und finanzielle Ressourcen sowie geeignete softwaretechnische Unterstützungswerkzeuge. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse einer Studie der Westfälischen Hochschule vorgestellt, die sich auf das Nachhaltigkeitsreporting von KMU fokussiert. Darüber hinaus werden Herausforderungen aus Informationssicht erläutert und mögliche Unterstützungsbedarfe für KMU diskutiert. Ein Überblick über zukünftige Ansatzpunkte und eine abschließende Diskussion runden den Artikel ab.
Dieser Bericht beschreibt in Kurzform das Projekt, dessen Ziel es ist, Online-Studiengänge zu entwickeln. Weiterhin werden die Besonderheiten bei der Durchführung von Online-Studiengängen und die damit verbundenen Schwierigkeiten aufgezeigt. An einem Beispiel kann man erkennen, wie die didaktische und multimediale Umsetzung der einzelnen Lernmodule realisiert wurde. Eine ausführliche Abhandlung kann man im Internet nachlesen: http://194.94.127.15/Lehre/infophysik/IP-WBT-Demo/infophysik.html
The membrane electrode assemblies (MEA) for polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) developed at the Westphalian Energy Institute are based on oxygen plasma activated carbon nanotubes (CNT) doped with platinum particles. For electrode preparation an ink is used containing the activated CNTs as well as hydrophobic and hydrophilic material in solved form. After this ink is sprayed onto a graphitic substrate platinum particles are deposited by pulse plating method, where the plasma activation enhances CNT dispersibility as well as platinum deposition. This materials mixture is structured in nanoscale with the aim to increase the catalyst particles’ specific surface. For low reactance at operation, homogeneous compression of the MEA’s layers is necessary within a PEMFC. A novel stack architecture for electrochemical cells, especially PEMFC as well as PEM electrolysers, has been developed in order to achieve ideal cell operation conditions. Single cells of such a stack are inserted into flexible slots that are surrounded by a hydraulic medium which is pressurised during operation in order to achieve an even compression and cooling of the stack’s cells. With this stack design it has been possible to construct a test facility for simultaneous characterisation of several MEA samples. As compression and temperature conditions of every single sample are the same, the effects of e.g. different electrode configurations can be investigated with the novel test system.
Adhesive organs like arolia of insects allow these animals to climb on different substrates by creating high adhesion forces. According to the Dahlquist criterion, arolia must be very soft exhibiting an effective Young's modulus of below 100 kPa to adhere well to different substrates. In previous studies the effective Young´s moduli of adhesive organs were determined using indentation tests yielding their structure to be very soft indeed. However, arolia show a layered structure, thus the values measured by indentation tests comprise the effective Young´s moduli of the whole organs. In this study, a new approach is illustrated to measure the Young´s modulus of the outermost layer of the arolium, i.e. of the epicuticle, of the stick insect Carausius morosus by tensile testing. Due to the inner fibrous structure of the arolium tensile tests allow the characterisation of the overlying epicuticle.
Platinum is one of the most effective electro catalysts for PEMFCs (proton exchange membrane fuel cells), but because of its prohibitive price, the use of this metal in industrial purposes is limited. As a consequence, during last years, several materials have been investigated, in order to obtain an efficient catalyst for both ORR (oxygen reduction reaction) and HOR (hydrogen oxidation reaction), which can replace the expensive platinum but preserving the same properties: high electrical conductivity, structural stability and good corrosion resistance. Moreover, one of the most important parameters for catalyst materials is the electrochemical surface area (real surface area), which has a strong influence on the reaction rate and also on the current density.
CNFs (carbon nanofibers) are considered to be a promising catalyst support material due to their unique characteristics, excellent mechanical, electrical and structural properties, high surface area and nevertheless, good interaction with platinum particles.
The possibility of preparing CNFs decorated with platinum by electrochemical methods was tested, using a hexachloroplatinic solution bath. The experiments were carried out with the aid of a Potentiostat/Galvanostat MMate 510, in a three – electrode cell.
The aim of the present work was to determine the electrochemical surface area of the CNFs – Pt catalysts, using an electrochemical method. The obtained results correlate very well with the particles size and distribution of platinum, analyzed by SEM (scanning electron microscopy) respectively with the quantity of deposited platinum determined by TG (thermo gravimetrical analyses). Cyclic voltammetry is a suitable method for estimation of the real surface area for catalyst particles.
This technical report is about the mission and the experience gained during the reconnaissance of an industrial hall with hazardous substances after a major fire in Berlin. During this operation, only UAVs and cameras were used to obtain information about the site and the building. First, a geo-referenced 3D model of the building was created in order to plan the entry into the hall. Subsequently, the UAVs were used to fly in the heavily damaged interior and take pictures from inside of the hall. A 360° camera mounted under the UAV was used to collect images of the surrounding area especially from sections that were difficult to fly into. Since the collected data set contained similar images as well as blurred images, it was cleaned from non-optimal images using visual SLAM, bundle adjustment and blur detection so that a 3D model and overviews could be calculated. It was shown that the emergency services were not able to extract the necessary information from the 3D model. Therefore, an interactive panorama viewer with links to other 360° images was implemented where the links to the other images depends on the semi dense point cloud and located camera positions of the visual SLAM algorithm so that the emergency forces could view the surroundings.
CoCoSpot: Clustering and recognizing botnet command and control channels using traffic analysis
(2017)
This paper presents a pragmatic approach for stepwise introduction of peer assessment elements in undergraduate programming classes, discusses some lessons learned so far and directions for further work. Students are invited to challenge their peers with their own programming exercises to be submitted through Moodle and evaluated by other students according to a predefined rubric and supervised by teaching assistants. Preliminary results show an increased activation and motivation of students leading to a better performance in the final programming exams.
Building Information Modeling, kurz BIM, wird als revolutionäre Methode gepriesen, die der Baubranche helfen soll, effizienter und kostengünstiger zu bauen. Gerne wird hierbei der Vergleich mit der Einführung von CAD-Systemen in den 1990er Jahren herangezogen, der jedoch zu kurz greift. BIM ist vielmehr als der Wechsel vom Tuschestift hin zur Computermaus. Dieser Beitrag gibt einen kurzen Einblick in das Thema BIM und den heutigen Stand in Deutschland. Hierbei soll insbesondere die Sicht der Bauherren und Betreiber berücksichtigt werden, da diese in den meisten Betrachtungen nur oberflächlich gesteift werden.
Broadening the Target Group for Higher education in Germany: A Case Study on Diversity Management
(2011)
In some industrialized German areas, as in the Ruhr-Area, the percentage of students with migrant background in primary education has overcome the 50 percentage limit with an increasing share in future, the overwhelming part of them with family from Turkey. A large share of those students attains the admission qualification to higher education from “Berufskollegs”, schools which focus on the combination of vocational skills and theoretical education. This migrant potential can primarily be tapped for additional students by universities of applied sciences which are embedded into their regions and dedicated to teaching.
First, we show the approach to conceptualize culture and cultural specifics of migrants with Turkish background this project is based on.
Second, we give an overview on the main actions of the project, systematically presented as a process leading students through the institution (“input, throughput, output”).
Third, we frame the project by referring to principles of diversity management in general.
Das härteste Wettbewerbsumfeld ist die Natur. Ein hoher Selektionsdruck führt dort zu Organismen, die mit geringem Aufwand besser an die herrschenden Bedingungen angepasst sind, als die Wettbewerber. Die hierzu verwendeten Strategien zum Materialeinsatz sind sehr effizient und als Strukturoptimierung abstrahiert auch in der Technik anwendbar. In diesem Vortrag werden Optimierungsmethoden und Vorgehensweisen für einen effizienten Materialverbrauch vorgestellt und diskutiert.
Adhesive organs enable insects to reversibly adhere to substrates even during rapid locomotion. In this process a very fast but reliable change of adhesion and detachment is realised. The stick insect Carausius morosus detaches its adhesive organs by peeling them off the substrate, meaning little areas of the adhesive organs are detached one after another. For such a detachment mechanism low pulling forces are needed. A detachment mechanism as peeling seems also for artificial adhesion devices to be the easiest and the most effortless mechanism for detachment. However, artificial adhesion devices mostly exhibit a solid backing layer preventing effortless peeling. To lift up and detach a small area at the corner of an adhesion device the backing layer has to be tilted, resulting in a deformation of the whole adhesion device, which requires high forces. Subdividing the backing layer into small subunits allows a detachment of a small area at the corner of the adhesion device without deforming the rest of the adhesion device. Thereby, less force is needed to initiate and to complete detachment. To realise an easy detachment of artificial adhesion devices we constructed a holder, which gradually detaches an adhesion device from two sides off the substrate. During normal loading the subunits of the holder interlock with each other so that the pulling force is equally distributed over the whole contact area of the adhesion device ensuring maximal adhesion force. In addition, the holder can be used to increase adhesion during application of the adhesion device. When brought into contact with the substrate with lifted sides, which are lowered subsequently, air trapping is prevented and hence the area of contact can be maximised.
Biomechanische Untersuchungen zum Öffnungsmechanismus von verholzten Früchten der Gattung Hakea
(2023)
Die Arten H. sericea und H. salicifolia (Proteaceae) sind in Australien heimisch. Ihr natürlicher Lebensraum ist trocken und nährstoffarm, und sie sind regelmäßig Buschbränden ausgesetzt. Durch den Feuchtigkeitsverlust “schrumpft“ die Frucht und öffnet sich, wobei zwei Samen freigesetzt werden. Diese Arbeit vergleicht das Öffnungsverhalten von manipulierten Früchten, das Schwindmaß, die Öffnungskraft, den Elastizitätsmodul und die Druckfestigkeit der beiden Arten und untersucht den Einfluss verschiedener Gewebe auf die Öffnung. Es wird festgestellt, dass das Mesokarp hauptsächlich für das anisotrope Schwindverhalten verantwortlich ist.
Biofunktionalisierung von Titanimplantaten mit einem Multilayersystem aus BMP-2 und Fibronektin
(2016)
Einleitung und Fragestellung:
Abusive Supervision wird mit willentlicher Leistungszurückhaltung, verringerter Motivation, erhöhtem Stresserleben, psychosomatischen Beschwerden und Burnout bei Mitarbeitenden assoziiert. Angesichts der hohen Prävalenz destruktiver Führung bleibt bislang die Frage offen, welche
protektiven Ressourcen die genannten Zusammenhänge abpuffern.
Theoretischer Hintergrund:
Abusive Supervision bezieht sich auf das Ausmaß der feindseligen verbalen und nonverbalen Verhaltensweisen einer Führungskraft. Basierend auf dem Anforderungs- Ressourcen- Modell gehen wir davon aus, dass sich personale Ressourcen, die Mitarbeitende in der arbeitsfreien Zeit aufbauen, positiv auf den negativen Effekt zwischen destruktiver Führung und Mitarbeitergesundheit auswirken. Wir fokussieren hier die generalisierte Selbstwirksamkeitserwartung, die sich im Sinne der sozialkognitiven Theorie und zahlreichen empirischen Befunden als gesundheitsrelevante Ressource im
Umgang mit domänenübergreifenden Belastungen herausgestellt hat. Diese sollte durch Bewältigungserfahrung in der arbeitsfreien Zeit gefördert werden. Bewältigungserfahrung in der Freizeit bedeutet die Gelegenheit des Erlebens von Kompetenz und Fachwissen.
Methode:
Die Moderatoranalyse wurde im Rahmen einer Querschnittsbefragung einer anfallenden Stichprobe mit N = 305 Personen getestet. Die Variablen wurden mit der Abusive Supervision Scale (Tepper, 2000), dem REQ (Sonnentag & Fritz, 2007), und der Subskala emotionale Erschöpfung des MBI (Büssing & Perrar, 1992) gemessen.
Ergebnisse:
In dieser Studie zeigen „Mastery Experiences“ einen hypothesenkonformen Puffereffekt, nicht jedoch die anderen Erholungsstrategien, die auch mit getestet wurden. Es zeigt sich also die Tendenz, dass sich Mitarbeitende durch das Erlernen neuer Kompetenzen und den Aufbau von Selbstwirksamkeit vor den gesundheitsschädlichen Auswirkungen destruktiver Führung schützen können. Das
Korrelationsmuster deutet aber vrmtl. auch problematische Aspekte dieser Erholungsstrategie an.
Diskussion:
Limitierend muss erwähnt werden, dass wir die vermutete vermittelnde Variable Selbstwirksamkeit nicht explizit gemessen haben, und dass zukünftige Untersuchungen den Effekt in Form einer mediierten Moderation replizieren müssen.