Die bio-chemische Forschung ist zunehmend auf akkurate Computermodellierung und -analyse angewiesen. Dieses Forschungsfeld ist naturgemäß hoch interdisziplinär, da physikalische Grundgesetze algorithmisch umgesetzt werden müssen, um in Anwendungen der Lebenswissenschaften relevante Beiträge liefern zu können. Das Projekt und die damit verbundene Initiative UMMBAS bündelt disziplinübergreifend die starke Expertise an der H-BRS in der Methodenentwicklung, der Visualisierung und der Anwendung computergestützter Verfahren zur Entschlüsselung materialwissenschaftlicher und biochemischer Fragestellungen.

Projektleitung an der H-BRS

Multiphysik-Phänomene sind in vielen industriellen Anwendungen und Produktionslinien von zentraler Bedeutung und stehen in direktem Zusammenhang mit der Effizienz und Sicherheit der Prozesse oder der Integrität der produzierten Teile. Eingebettet in Prozessketten und Konstruktionsaufgaben werden multiphysikalische Simulationen sukzessive einer enormen Automatisierung und Optimierung unterzogen. Auf diese Weise sind sie Teil von Digital Twins, d.h. von virtuellen, funktionalen Versionen von Systemen, die deren Eigenschaften enthalten und den Lebenszyklus eines Systems in Form von Daten und Metadaten abbilden.

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Ein steigendes Umweltbewusstsein sowie zunehmend ambitioniertere nationale und internationale Treibhausgas-Reduktionsziele führen zu einem Innovationsdruck, welcher sich in der Kunststoffbranche dadurch bemerkbar macht, dass Produkte mit möglichst wenig Materialeinsatz angefordert werden. Wichtige Produktmerkmale sollen dabei allerdings bestehen bleiben. Im Rahmen des TreeOpt Projekts, welches in Kooperation mit der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg durchgeführt wird, werden Methoden zur Optimierung von Blasformteilen entwickelt. Ziel ist es, Blasformprodukte so anzupassen, dass sie sich möglichst ressourcenschonend herstellen lassen. Hierzu muss neben der Form des Produkts auch das Herstellungsverfahren in der Optimierung berücksichtigt werden.

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Um die Auswirkung von Schall auf die Schlafqualität interdisziplinär zu untersuchen, ist geplant, technisch machbare, automatisierte Messungen des Schalldruckes im Frequenzspektrum 1 bis 100 Hertz durchzuführen. Da darin auch der nicht hörbare Infraschall (unterhalb von 20 Hz) enthalten ist, sind spezielle Sensoren zu entwickeln, zu kalibrieren und in einem Feldversuch vernetzt und automatisiert zu testen.

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Kunststoffverpackungen erfüllen in der modernen Gesellschaft für Konsumenten und Industrie wichtige Funktionen und sind im Alltag unverzichtbar: In großen Stückzahlen leicht und kostengünstig herstellbar, vereinfachen sie deutlich Handhabung bei Transport und Lagerung und verlängern die Haltbarkeit von Lebensmitteln bis zum Dreifachen.

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Im Bachelor-Studiengang Maschinenbau geht es in mehreren Lehrveranstaltungen darum, problemlösungsorientiert mathematisch-physikalische und numerische Grundlagen in die Anwendungsrealität von Ingenieuren des Maschinenbaus und der nachhaltigen Ingenieurwissenschaften zu integrieren.

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Biopolymere gewinnen zunehmend an Bedeutung in vielen medizinischen und industriellen Anwendungen. Um die hohen Qualitätsanforderungen an diese Stoffe zu gewährleisten, ist eine strikte Qualitätskontrolle auf Seiten der Hersteller unabdingbar. Die Verfahren, die dabei zum Einsatz kommen, sind häufig zeitaufwändig und kostenintensiv. Im Rahmen des Projekts sollen neue Verfahren etabliert werden, die eine schnellere und kostengünstigere Analyse der Biopolymere zulassen.

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Das Institut TREE betreibt im Zentrum für angewandte Forschung der H-BRS gemeinsam mit den Industriepartnern GKN Driveline und GKN Sinter Metals das TREE-Energy Lab (TRE³L). In den drei Teillaboren Powder Fabrication-Lab, Mobility-Lab und Hydrogen-Lab forscht das Institut mit seinen Partnern zu neuartigen Verfahren der Pulvermetallurgie und zu aktuellen Themen der umweltfreundlichen Mobilität und der Energieeffizienz. Ein Simulation-Lab unterstützt die praktischen Labore.

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Die additive Fertigung (3-D-Druck im SLM-Verfahren) soll neben der Optimierung des Herstellungsprozesses sowie der Bauteilgeometrie auch Ressourcen und Energie einsparen. Zudem soll die technische Güte der Bauteile verbessert werden, Montagezeit reduziert und somit die Wirtschaftlichkeit der beteiligten KMU gesteigert werden. Die im Projekt entwickelten Baugruppen sollen als Demonstrator für weitere Projekte dienen, um auch dort Ressourcen einsparen zu können.

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Die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg passt ihr bestehendes Transfer-Instrumentarium an sich ändernde Ansprüche und Bedarfe von Wirtschaft, Gesellschaft und Wissenschaft an und entwickelt neue, geeignete Transfermechanismen. Das Projekt wird von der Bund-Länder-Initiative "Innovative Hochschule" gefördert.

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Im Rahmen der NRW-Ghana Partnerschaft und dem Förderprogramm "NRW-Partnerschaften zur Förderung der Technical Universities in Ghana" fördert das Ministerium für Innovation, Wirtschaft und Forschung (MIWF) durch den Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD)seit 2017 das Hochschulpartnerschaftsprojekt "Partnership for Applied Sciences - PASS" zwischen der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (Konsortialführer), der Technischen Hochschule Köln, der Internationalen Hochschule Bad Honnef und den zwei ghanaischen Hochschulen Kumasi Technical University und Cape Coast Technical University.

Einblicke in das Projekt und bisherige öffentliche Veranstaltungen finden sich im Bereich Projektergebnisse. Wissenschaftliche Ergebnisse aus dem Projekt finden sich im Bereich Publikationen. Der Ausbau nachhaltiger Elektromobilität ist eine der gesellschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit, die im Forschungsprojekt eTa aufgegriffen wird. Die Energieeffizienz von Fahrzeugen wird in Vorhaben zur Aerodynamik sowie zu optimierten Betriebsstrategien adressiert. Dabei stehen insbesondere auch nicht-klassische Fahrzeugkonzepte im Fokus.

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Die effiziente Nutzung verfügbarer Energie ist eine der großen Herausforderungen unserer Zeit. Eine besondere Bedeutung kommt dabei der Analyse und Optimierung von Formen und Strukturen hinsichtlich ihrer aerodynamischen Eigenschaften zu. Wichtige Anwendungsgebiete sind die Entwicklung energieeffizienter Fahrzeuge und die Windenergietechnik.

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Durch Berücksichtigung der Patienteneigenschaften Hauttyp, Hauttextur, Transpirationsverhalten usw. im Aufbau der Transdermalen Therapiesysteme TTS (Wirkstoff- Therapiepflaster) könnten die Effektivität der Wirkstoffe erhöht und die Nebenwirkungen durch Kombination von optimierter Dosierung und hautadaptiertem Verhalten reduziert werden.

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Im Entwicklungsprozess extrusions- blasgeformter Bauteile ist der Einsatz der FEM-Strukturanalyse heute Stand der Technik. Produkteigenschaften wie die Stapelfähigkeit können mit guter Genauigkeit vorhergesagt werden. Jedoch ist es sehr aufwendig, die für eine aussagefähige Simulation notwendigen Materialkennwerte zu ermitteln. Aufgrund der Verstreckung des Materials im Blasformprozess in Verbindung mit hohen Abkühlgeschwindigkeiten werden die Eigenschaften thermoplastischer Werkstoffe durch den Verarbeitungsprozess signifikant beeinflusst.

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Der weltweite Kunststoffverbrauch wird sich von derzeit ca. 270 Millionen Tonnen bis 2030 auf etwa 600 Millionen verdoppeln und dann einen beträchtlichen Anteil der geförderten Ölmenge verbrauchen. Aus diesem Grund sind beträchtliche Anstrengungen hinsichtlich einerseits der effizienten Nutzung der eingesetzten Rohstoffe und Energie sowie andererseits der Erschließung von nachwachsenden Ressourcen im Sinne des nachhaltigen Wirtschaftens erforderlich. Um diese Ziele zu erreichen, ist interdisziplinäre Forschung und Zusammenarbeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette notwendig.

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Durch den Einsatz von kraftfeldbasierten Molekulardynamik (MD) Simulationen sind zahlreiche praxisrelevante Probleme in den Ingenieurwissenschaften erstmals der Modellierung und Simulation zugänglich. Auf der Grundlage physikalisch sinnvoller molekularen Wechselwirkungen können technisch relevante Systeme sicher und zuverlässig analysiert werden. Die industrielle Entwicklung neuer Produkte und ressourceneffizienter Verfahren wird sich durch den Einsatz höchstskalierbarer molekularer Simulationen grundlegend verändern.

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Im BMBF-Projekt „Schaltbare, intelligente Tribosysteme mit minimalen Reibverlusten und maximaler Lebensdauer“ (SchmiRmaL) verwendet Fraunhofer SCAI eine hochmoderne molekulare Modellierung zur Simulation von Octanol-Wasser- und Membran-Wasser-Verteilungskoeffizienten. Beide Bestandteile sind wichtig, um die Giftigkeit der Chemikalien zu schätzen. Dabei misst die Octanol-Wasser-Verteilung, wie stark sich eine Chemikalie in einem biologischen Stoff anreichert. Dagegen zeigt die Membran-Wasser-Verteilung, wie schnell eine Chemikalie in eine biologische Zelle eindringen kann.

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