Archiv für Januar 2012

Großforschung für Batterien der Zukunft

Infomercial des VDMA


Am Karlsruher Institut für Technologie arbeitet ein Kompetenzteam mit über 200 Experten an Entwicklungen rund um die Elektromobiltät. Es geht um die Analyse der gesamten Produktionskette: von der Chemie bis hin zum fertigen Batteriesystem. Das Ziel: die drastische Senkung der Herstellungskosten leistungsstarker Lithium-Ionen-Batterien auf 250 € pro Kilowattstunde.

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- Informationen zu Competence E des KIT – Link

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Am KIT sind die Arbeiten von Wissenschaftlern unterschiedlicher Forschungsinstitute in das Kompetenzzentrum integriert. An einer Ultra-Hoch-Vakuumanlage analysieren Wissenschaftler verschiedenste Materialien, um die optimale Zusammensetzung für die Elektrodenbeschichtung und die Separatoren zu finden. Am Institut für Thinfilm-Technologie gehen sie der Frage nach, wie sich das Beschichten – also das Aufbringen der Paste auf Folie – im Produktionsprozess beschleunigen lässt. Andere Arbeiten befassen sich mit Fragen,

wie Roboterarme die dünnen Folien in der Massenproduktion zerstörungsfrei greifen können, um sie an die nächste Bearbeitungsstation im Herstellungsprozess weiterzugeben.

Bei den Batteriezellen gibt es enormes Einsparungspotenzial: die Zellenfertigung macht fast 50 Prozent der gesamten Batteriekosten aus. Entsprechend groß sind die Möglichkeiten, durch verbesserte Produktionstechnologien Kostensenkungen zu erreichen. Deshalb geht es bei diesen Forschungen nicht nur um Lösungen mit dem Ziel, die Elektronik für das Batteriemanagement zu optimieren, sondern auch um das sogenannte Formieren, das erste Aufladen der Batterie. Ebenso bietet die sogenannte Leckstromprüfung Optimierungspotenzial; sie prüft, ob die Batterie unerwünscht Strom verliert.

© VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau 2011

Das Universum im langwelligen Infrarotlicht

Weltraumteleskop Herschel beobachtet Sternentstehungen


Erstmals ist es Astrophysikern möglich, das Weltall bis zehn Milliarden Jahre zurück im extrem langwelligen Licht zu beobachten. Dessen Ursprung: die kältesten uns bekannten Strahlungsquellen wie galaktische Gasnebel. Keine Weltraum-Mission vorher konnte so langwelliges Licht erfassen. Nur aus dem Weltraum können wir diesen Spektralbereich analysieren. Für erdgebundene Teleskope bleibt die Sicht auf das langwellige Infrarot aufgrund der Absorption in der Atmosphäre verschlossen.

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- mehr Infos zum Projekt Herschel bei der ESA – Link

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Möglich macht das das 2009 gestartete Weltraumteleskop Herschel; sein 3,5-Meter großer Spiegel ist der größte, der jemals im Weltraum stationiert wurde. Durch dessen Beobachtung der infraroten Strahlungsquellen ist unser astrophysikalisches Wissen bereits in vielen Facetten bereichert worden.

Astrophysiker nutzen diese Infrarot-Beobachtungen von Himmelsobjekten und verbinden sie mit den Erkenntnissen anderer Missionen, die den Himmel in anderen Frequenzbereichen analysieren. Dazu gehören beispielsweise das Weltraumteleskop Hubble, das Strahlungsquellen im sichtbaren Licht sieht, oder die Sonde XMM-Newton, die derzeit Röntgen- und Gammaquellen im kurzen Frequenzspektrum erfasst. Himmelsobjekte sehen abhängig vom beobachteten Frequenzbereich sehr unterschiedlich aus. Ein gutes Beispiel ist der Andromedanebel. Sein Infrarot-Bild zeigt die Strahlung von großen Gaswolken und Staub, der vor allem in den Spiralarmen zu finden ist. In dieser Zone entstehen neue Sterne. Im Röntgen-Licht, aufgenommen von XMM-Newton, offenbart sich eine ganz andere Sicht der uns nächst gelegenen Galaxie. Der Röntgenbereich zeigt erloschene Sterne. Die in diesem Wellenlängenbereich sichtbaren älteren Sterne stehen entweder kurz vor ihrem Lebensende oder sind bereits explodiert. Sie senden dann gewaltige Druckwellen durch den Weltraum.

Die wissenschaftliche Basisauswertung der Daten wird im spanischen ESA-Zentrum für Astronomie vorgenommen. Anschließend steht der wissenschaftliche Schatz aus Terabytes von Daten Wissenschaftlern aus der ganzen Welt für weitere Forschungen zur Verfügung.

© mce mediacomeurope GmbH 2012

OLEDs – mühsamer Weg zur Massenfertigung

Trotz zahlreicher Vorteile im Labor ist die Massenproduktion noch nicht machbar


Rund 16 Prozent der elektrischen Energie wird heute für Beleuchtung eingesetzt – Bedarf steigend. Organische Leuchtdioden, kurz OLEDs, gelten als wichtige Innovation; sie bieten erhöhte Effizienz der Lichterzeugung bei geringem Ressourcenaufwand. Am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme gelang es vor kurzem erstmals, eine 15 Meter lange OLED-Folie prozesstechnisch herzustellen.

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Mehr zum Leistungsspektrum des IPMS – Link

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Organische Leuchtdioden sind heute im Labor bereits sehr effizient. Die Licht emittierenden Schichten sind nur ein Tausendstel so dünn wie der Durchmesser eines Haares. Eine Spannung von nur wenigen Volt bringt den organischen Farbstoff zum Leuchten. Die OLED-Technologie erlaubt es zudem, Licht unterschiedlicher Farbe zu erzeugen. Der Einsatz der Technologie reicht daher weit über die reine Beleuchtung hinaus, auch Displays könnten künftig damit zum Leuchten gebracht werden. Sie reagieren zudem auf Berührung, Touch-OLEDs konnten im Labor bereits entwickelt werden.

Die OLEDs sind allerdings wasser- und sauerstoffempfindlich; ihre Produktion muss daher im Hochvakuum erfolgen. Noch fehlt es an geeigneter Massenfertigung. Ein entscheidender Schritt hin zur Massenproduktion wurde im Herbst 2011 am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme erzielt: dem Forschungsteam gelang es, auf einer 15 Meter langen Folie im Rolle-zu-Rolle-Prozess OLEDs herzustellen.

© Fraunhofer-Gesellschaft 2011

Wenn Computer mit Menschen kommunizieren

Forschung an der Mensch-Maschine-Schnittstelle für besseres „Verstehen“


Es geht um das Durchwandern von virtuellen dreidimensionalen Labyrinthen. Dafür sind extrem große Rechenleistungen von Computern erforderlich. Doch die Aufgabe, die hier vorgestellt wird, ist eine andere, auf den ersten Blick viel einfachere: Es geht um die Interaktion zwischen Computer und Mensch beim Durchwandern solcher Strukturen. Dafür betreten Informatiker Neuland; denn die Kommunikation zwischen dem denkenden Menschen und der digitale Rechenprozesse verarbeitenden Maschine ist diffizil.

Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:

- Homepage Prof. Dr. Alexander Koller – Link
- Exzellenzcluster “Multimodal Computing and Interaction”- Link

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Will man die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine optimieren, ist es erforderlich, Computern beizubringen, dass Menschen Computer richtig verstehen. Und da zeigt die wissenschaftliche Arbeit von Alexander Koller am Exzellenzcluster an der Uni in Saarbrücken, dass es dabei auch um die komplexen Vorgänge beim Erkennen und Wahrnehmen von Menschen geht. Kurz gesagt: Nicht Menschen müssen lernen, Computer richtig zu verstehen, sondern Computer sollen menschliches Denken nachvollziehen können.

Maschinen, deren Denkprozesse sich dem menschlichen Gehirn nähern – auch kognitive Roboter genannt – würden Handbücher für elektronische Geräte künftig überflüssig machen. Die Maschine könnte den Menschen „verstehen“ und auf seine Fragen selbst direkt antworten. Solche Forschungen stehen heute im Zentrum der Informatik und stehen am Beginn eines Paradigmenwechsels in der Kommunikation zwischen Mensch und Computer. Bisher müssen sich die Nutzer strikt an die Vorgaben der Software anpassen. In Zukunft könnte dies umgekehrt sein. Damit eröffnen sich auch neue Wege für andere Forschungsgebiete wie die Psycholinguistik, die die Arbeit bei Experimenten erleichtern kann.

Mit einem weltweiten Onlinespiel verfolgen die Saarbrücker Wissenschaftler das Ziel, möglichst viele Daten zu unterschiedlichen Themen beim räumlichen Verhalten von Menschen zu sammeln: wie orientiert sich ein Mensch im dreidimensionalen Raum? Wie bewegt er sich darin? Und wie interpretiert er Anweisungen des Computers? Die Beantwortung dieser Fragen ist auch abhängig von Kulturkreisen und Bevölkerungsgruppen. Über eintausendeinhundert Spieler aus achtundvierzig Ländern nahmen an diesem Onlinespiel teil und haben wichtige Erkenntnisse erbracht.

Alexander Koller, der das Projekt bisher leitete, ist inzwischen Professor für theoretische Computerlinguistik an der Universität Potsdam geworden. In Saarbrücken wird sein Thema aber weiterhin vorangetrieben. Denn es gehört zu den wichtigsten Forschungsthemen der Robotik, die einmal zum Serviceroboter der Zukunft führen soll, der mit dem Menschen

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über Sprache kommunizieren kann.

© Universität des Saarlandes 2011

Curiosity beginnt den Dienst

Nach geglückter Landung erste Bilder vom Mars-Rover


Am 26. November 2011 um 16.02 Uhr MEZ trat der amerikanische Mars-Rover „Curiosity“ an der Spitze einer Atlas-V-Rakete seine Reise zum Roten Planeten an. Am 6. August 2012 landete er im 150 Kilometer großen Gale-Krater. Sobald die ersten Tests abgeschlossen sind, wird Curiosity seine Erkundungsfahrt starten, die ihn im Durchschnitt 200 Meter pro Tag voranbringen soll.

Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:

- MSL-Informationen des JPL für Wissenschaftler – Link
– Mars-Rover für Studenten – Link
– ESA-Mars-Rover Exomars – Link

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Der Mars-Rover, der in der offiziellen wissenschaftlichen Projektbezeichnung unter MSL (Mars Science Laboratory) firmiert, ist ein wahres Schwergewicht: Der fast eine Tonne schwere Rover landete mit einem komplizierten Schwebeverfahren auf

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der Marsoberfläche. Zwei Mal so lang und fünf Mal so schwer wie die Vorgänger “Spirit” und “Opportunity”, soll der fast autogroße Rover die nächsten Jahre unter anderem die Marsoberfläche mit Kameras beobachten, sich mit einem Bohrer in den Boden vorarbeiten und die Zusammensetzung von Boden- und Felsproben bestimmen. Auch die Strahlung auf der Marsoberfläche und in der Atmosphäre wird er messen. Ein weiteres Instrument analysiert die kosmische Strahlung, die auf der Marsoberfläche ankommt.

Der RAD – für Radiation Assessment Detector – ist gerade einmal so groß wie eine Schuhschachtel. Er misst zwei Jahre lang die solaren Teilchen, die bei Sonneneruptionen in den Weltraum geschleudert werden, aber auch die sekundären Teilchen, die zum Beispiel bei Teilchen-Kollisionen entstehen. Schon auf dem Weg zum Mars sollen damit Messungen gemacht werden. Sobald der Mars-Rover auf dem Planeten aufsetzt, werden die ersten Messungen beginnen. Bisher gibt es nur Messungen des Sonnenwindes aus einer Umlaufbahn über dem Mars – Curiosity wird diese Strahlung nun erstmals auf der Marsoberfläche messen können. Mit diesen tatsächlichen Messwerten sollen die bisherigen Modellrechnungen abgeglichen und optimiert werden.

Unser aktualisiertes Video zeigt eine 3D-Simulation des Gale-Kraters, den Start der Atlas V mit der 2,5 Milliarden Dollar teuren Fracht sowie eine Animation der Flug- und Landephase von Curiosity auf dem Mars.

© mce mediacomeurope GmbH 2012

Massenproduktion für Hochleistungsbatterien

Infomercial des VDMA


Noch stehen wir am Anfang der Produktion leistungsstarker Lithium-Ionen-Batterien. Das Video zeigt, welche Produktionsschritte bei der Herstellung erforderlich sind und wie die künftige Produktion durch Automatisierung und den Einsatz neuer Technologien für den Massenmarkt fit gemacht werden soll. Die gesamte Prozesskette mit Blick auf die Kosten zu optimieren, ist heute die große Herausforderung, der sich auch die deutsche Industrie stellt.

Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:

- Branchen-Infos des VDMA zu Automation – Link

- Branchen-Infos des VDMA zu Elektromobilität – Link

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Bei der Entwicklung von kostenreduzierenden, kompletten Fertigungslinien für Lithium-Ionen-Batterien können die deutschen Maschinen- und Anlagenbauer auf eine Vielzahl von intelligenten Lösungen und auf leistungsstarke Maschinen-Module zurückgreifen. Sie wurden für andere Bereiche wie etwa die Photovoltaik entwickelt und ermöglichen dort schon längst eine erfolgreiche Großproduktion.

Unterstützung erhalten die Maschinenbauer dabei auch von Wissenschaftlern und Fabrikplanern. Mit Hilfe von Softwareprogrammen für die Planung von Fabrikationsprozessen erstellen sie beispielsweise auch Konzepte für den Bau von künftigen Lithium-Ionen-Fabriken. Alle Schritte der Serienfertigung sind dabei modular miteinander verknüpft – von der Herstellung der Beschichtungspaste bis zur Formierung der Batteriezelle. Dabei integrieren sie die gesamte erforderliche Produktions- und Prozesstechnik in die vorhandene Gebäudeinfrastruktur.

Wichtige Innovationen und Entwicklungen in der Produktionstechnik kommen aber natürlich auch aus den Reihen der Maschinen- und Anlagenbauer selbst. Beispiel: Lasertechnik für das Schneiden der beschichteten Folien oder beim Schweißen und hermetischen Versiegeln des Batteriegehäuses.

© VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau 2011