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Um die Wasserstofftechnik in Zukunft wirtschaftlich und damit kommerziell am Markt verfügbar werden zu lassen, sind heute noch immer große Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen notwendig. Dabei erfordert die Entwicklung von optimierten Komponenten wie beispielsweise der Membran-Elektroden-Einheit (MEA – engl. Membrane Electrode Assembly) für Brennstoffzellen sowie Elektrolyseure reproduzierbare und homogene Prüfbedingungen. Für diesen Zweck ist ein Prüfsystem auf Basis eines von der Westfälischen Hochschule (WHS) patentierten modularen Stackkonzepts mit hydraulischer Verpressung entworfen und realisiert worden. Mit dem hier vorgestellten System ist es möglich, auf Einzelzellenbasis mehrere Proben zum gleichen Zeitpunkt unter identischen Umgebungsbedingungen auf ihre Charakteristik hin zu untersuchen.
Since the 1980’s, against the backdrop of global warming and the decline of conventional energy resources, low emission and renewable energy systems have gotten into the focus of politics as well as research and development. In order to decrease the emission of greenhouse gases Germany intents to generate 80% of its electrical energy from renewable and low emission sources by 2050. For low emission electricity generation hydrogen operated fuel cells are a potential solution. However, although fuel cell technology has been well known since the 19th century cost effective materials are needed to achieve a breakthrough in the market.
Proton Exchange Membrane Fuel Cells with Carbon Nanotubes as Electrode Material
At the Westphalian Energy Institute of the Wesphalian University of Applied Sciences one main focus is on the research of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC). PEMFC membrane electrode assemblies (MEA) consist of a polymer membrane with electrolytic properties covered on both sides by a catalyst layer (CL) as well as a porous and electrical conductive gas diffusion layer (GDL).
For PEMFC carbon nanotubes (CNT) have ideal properties as electrode material concerning electrical conductivity, oxidation resistance and media transport. CNTs are suitable for the use as catalyst support material within the CL due to their large surface in comparison to conventional carbon supports. Furthermore, oxygen plasma treated CNTs show electrochemical activity referred to hydrogen adsorption and desorption, which has been shown by cyclic voltammetry in 0.5 M sulfuric acid solution. According to the PEMFCs anode a GDL coated with oxygen plasma activated CNTs has promising properties to significantly reduce catalyst content (e.g. platinum) of the anodic CL.
Kurzübersicht der aktuellen Projekte des Westfälischen Energieinstituts.
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.
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.
This paper reveals various approaches undertaken over more than two decades of teaching undergraduate programming classes at different Higher Education Institutions, in order to improve student activation and participation in class and consequently teaching and learning effectiveness.
While new technologies and the ubiquity of smartphones and internet access has brought new tools to the classroom and opened new didactic approaches, lessons learned from this personal long-term study show that neither technology itself nor any single new and often hyped didactic approach ensured sustained improvement of student activation. Rather it needs an integrated yet open approach towards a participative learning space supported but not created by new tools, technology and innovative teaching methods.
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.
Hakea sericea und H. salicifolia sind strauch- bis baumförmige Arten der Familie Proteaceae. Ursprünglich aus Australien stammend, breiten sie sich zunehmend in Neuseeland, Portugal, Südspanien und Südafrika invasiv aus. In Portugal wurden beide Arten als Ziergewächs, Windschutz und Heckenpflanze eingeführt und verdrängen nun heimische Arten. Die erfolgreiche Etablierung der beiden Arten hängt mit der Ausbreitungsbiologie zusammen. Die Balgfrüchte zeigen eine ausgeprägte Serotinie und verbleiben oft über Jahre an der Mutterpflanze. Erst durch Waldbrände oder starke Austrocknung öffnen sich die Früchte und geben dabei zwei geflügelte Samen frei. Während der Öffnung deformieren sich die beiden Fruchthälften stark und reißen dabei zunächst über die Bauchnaht und anschließend über die Rückenseite auf. Dieses Öffnungsverhalten ist innerhalb der Proteaceae nur für die Gattung Hakea beschrieben und für Balgfrüchte, zu denen sie dennoch gezählt werden, ungewöhnlich. Die Bruchoberflächen der verschiedenen Gewebe zeigen dabei unterschiedliche Rauigkeiten. Die Gewebe der abaxialen Seite (Rückenseite) reißen dabei mit einer glatteren Bruchfläche als die Gewebe der adaxialen Seite (Bauchseite). In dieser Arbeit werden Rauheitsparameter der Bruchoberflächen auf zufälligen Profillinien mit einem Konfokalmikroskop für die verschiedene Gewebe der Oberflächen ermittelt. Das Propagieren des Risses durch die verschiedenen Gewebe wird anhand der Ausrichtung und Lage der Zellen in den beiden Seiten der Fruchthälften erläutert. Es wird diskutiert, inwieweit sich die unterschiedlich rauen Bruchoberflächen auf die Öffnung und die dafür nötigen Kräfte auswirken. Erste Ansätze zur Optimierung von technischen Sollbruchstellen werden vorgeschlagen.
Technik des Online-Studiums
(2002)
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
Die als Bologna-Prozess bezeichnete Umstrukturierung des europäischen Hochschulsystems begann in Deutschland etwa 1999 mit den Strukturvorgaben der KMK
2. Darin wird auch von einem berufsqualifizierenden Profil der Bachelor- und Master-Studiengänge und von weiterbildenden Masterstudiengängen gesprochen. Im Folgenden wird über einige Erfahrungen zu diesen beiden Themenbereichen und das lebensbegleitende Lernen berichtet. Gewonnen wurden diese Erfahrungen vor allem durch die Tätigkeit im Fachbereichstag Informatik, im Bundesleitprojekt Virtuelle Fachhochschule und in der Akkreditierung von neuen Studiengängen an Universitäten und Fachhochschulen.
Ein weiterer Prozess, der die Neugestaltung der Studiengänge begleitet, ist durch den Europäischen Qualifikationsrahmen gegeben.
In seiner letzten Ausprägung werden auch die berufliche Qualifikation und das lebensbegleitende Lernen thematisiert.
Intelligenzexplosion
(2016)
Auf der Basis eines Wettbewerbs des BMBF von 1997 hat das Konsortium Virtuelle Fachhochschule (VFH) 43 Mio. DM erhalten und 1999 damit begonnen Online-Studiengänge zu entwickeln. Weitere Themenfelder dieses Bundesleitprojektes sind: Struktur und Organisation einer virtuellen Hochschule, Lehr- und Lernformen in Online-Studiengängen, etc. Beteiligt sind 10 Fachhochschulen, 2 Universitäten, sowie diverse Organisationen und Wirtschaftsunternehmen. Im Jahre 2001 startete der Bachelor-Online-Studiengang Medieninformatik (www.oncampus.de). Das Projekt läuft noch bis ins Jahr 2004. Der Autor ist Vizegesamtprojektleiter, Mitglied im Teilvorhaben Struktur und Organisation sowie Entwickler von 3 Lernmodulen zur Physik für das Medieninformatikstudium.
Am Beispiel dieses Großprojektes werden einige Besonderheiten und Erfahrungen zu den Themen: Organisationsformen, Betreuung, Lehrdeputat, Workload, Ergonomie, Evaluation, Akkreditierung und die Entwicklung der Physik-Online-Lernmodule dargestellt.
Many fluids transported by pipelines are in some sense hazardous. It is therefore often necessary to install leak detection (and locating) systems (LDS), especially due to legal regulations like the "Code for Federal Regulations (CFR) Title 49 Part 195", API 1130 2nd Ed., both for the USA, or the "Technische Regeln für Fernleitungen" (TRFL) (Technical Rules for Pipelines) in Germany. This paper gives a survey of methodologies, methods and techniques for leak detection and locating. The survey starts with some remarks concerning (legal) regulations both for the USA and for Germany. Some few words about externally based systems (due to API 1130 2nd Ed.) follow next. A significant part of the paper deals with internally based systems (also due to API 1130 2nd Ed.) like balancing systems (line balance, volume balance, compensated mass balance etc.), Real Time Transient Model LDS (RTTM-LDS), pressure/flow monitoring and statistical analysis LDS. Different methods for leak locating (gradient intersection method, wave propagation analysis etc.) will also be shown. The presentation of an Extended RTTM approach (E-RTTM) combining advantages of conventional RTTM LDS and statistical analysis follows next, together with the demonstration of applicability by means of two examples, a liquid multi-batch pipeline, and a gas pipeline. Sketching future work and the conclusion conclude the survey.
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.
Die verholzten Früchte der Art Hakea salicifolia öffnen sich bei Austrocknung, um Samen freizugeben. Der Öffnungsmechanismus könnte als Vorbild für selbstaktuierte Bewegungen von Bauteilen dienen. Um ihn zu verstehen, wird aus µCT-Scans einer getrockneten Frucht ein 3D-Modell generiert und additiv gefertigt, welches nur zwei Gewebetypen, nämlich Leitbündel und umgebendes Gewebe berücksichtigt. Druckprüfungen dieser Prüfkörper zeigen einen anisotropen E-Modul, der auf die Struktur der Leitbündel und den großen E-Modulunterschied der gewählten Materialien zurückzuführen ist. Die erhaltenen Daten sollen zur Verifikation eines FE-Modells herangezogen und dieses an das natürliche Vorbild angepasst werden, um die Öffnung der Früchte nachzuvollziehen.
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.
Mikrostrukturen auf Oberflächen bestimmen häufig deren physikalische Eigenschaften. Die üblichen Methoden zur Herstellung von mikrostrukturierten Oberflächen wie Fotolithografie sind aber teuer und aufwändig. Daher wird schon lange die schnelle und günstige Methode der Abformung genutzt, um Gegenstände mit Mikrostrukturen herzustellen
[1,2]. Zur Nutzung als Positiv für die Abformung können Oberflächen zum Beispiel mit Fotolithografie hergestellt werden, oder es können mikrostrukturierte Objekte aus der Natur verwenden werden. Mittels Fotolithografie können aber keine gewölbten Oberflächen mit Mikrostrukturen versehen werden und mikrostrukturierte Oberflächen aus der Natur sind meist eher klein. In dieser Arbeit wurde daher nach sehr kleinen mikrostrukturierten Objekten gesucht, die nebeneinander auf eine (auch gewölbte) Oberfläche aufgebracht werden können, um diese anschließend abzuformen. Die besten Resultate ergaben mit Bärlappsporen beschichtete Oberflächen als Positive. Replikate dieser Oberflächen zeigen einen um 30° höheren Kontaktwinkel als das unstrukturierte Material.
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.
The concept of “Internationalisation at Home“ has gained momentum with the increasing digitalization of education and limitations on mobility. Collaborative Online International Learning (COIL) is an innovative, cost-effective instructional method that promotes intercul-tural learning through online collaboration between faculty and students from different countries or locations. The benefits of using COIL courses have been widely recognized, with learners developing intercultural competencies, digital skills, international education experi-ence, and global awareness.
However, multicultural communication in project environments can be complex and demand awareness of cultural variations . The creation and development of effective cross-cultural collectivism, trust, communication, and empathy in leadership is an important ingredient for remote project collaborations success. This is an area that has been least explored in re-search on communication in virtual teams.
The GIPE projects are mainly carried out as so-called Collaborative Online International Learning (COIL) events. However, to gain a “real world“ experience abroad in an intercultural team, students from all partner universities can participate in the Spring School being held for two weeks in Germany and the Germany students present and hand-over the results in the country of the partner university. The main objective of this research was to examine the experiences of students participating in the GIPE project and to evaluate the effectiveness of the project in enhancing intercultural competencies and fostering collaboration among stu-dents from different continents. This paper will also explore the implications of the GIPE project for Education 2.0 considering the COVID-19 pandemic and the future of education delivery and administration transformation.