Repository for natural sciences and technology

This repository provides free access to scientific publications from the fields of natural sciences and technology (open access). All authors may use RENATE free of charge to publish their research findings from natural sciences and technology, regardless their institutional affiliation. The publications deposited in this repository are permanently freely accessible and citable. The repository is operated by Technische Informationsbibliothek (TIB).
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    UP_Ramp-up: KI gestützter Prozess zur Optimierung des Parameterraums von Fertigungsprozessen zur Einzelstückfertigung von komplexen optischen Strukturen
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024) Brozio, Matthias; Geerken, Tim
    Das Projekt "UP_Ramp-up" zielte darauf ab, komplexe Ultrapräzisions-Zerspanungsprozesse für die Fertigung hochpräziser Oberflächenstrukturen durch eine KI-gestützte, automatisierte Parametrierung effizienter zu gestalten. Branchen wie Photonik, Medizintechnik und Halbleitertechnik erfordern steigende Anforderungen an Oberflächenqualität, Formgenauigkeit und reduzierte Produktionskosten. Die bisherige, erfahrungsbasierte Parametrierung war aufwendig und führte zu Ausschuss. Ziel des Projekts war die Entwicklung einer KI-Lösung, die durch adaptive Parametrierung den Maschinenparameterraum auf die spezifischen Prozessanforderungen abstimmt und so eine Fertigung ermöglicht, bei der das erste Bauteil bereits im geforderten Toleranzbereich liegt. Zur Datengenerierung wurden Luftschnitte eingesetzt, deren Daten die Grundlage für das Training des KI-Modells zur adaptiven Optimierung bildeten. Die Wirksamkeit des Ansatzes wurde durch die Herstellung eines mikrostrukturierten Replikationswerkzeugs für optische Anwendungen wie LED-Linsen validiert. Zusätzlich wurde eine übertragbare Methodik entwickelt, die es erlaubt, die entwickelte Lösung auch in anderen hochpräzisen Produktionsprozessen einzusetzen. Das Ergebnis ist eine innovative, KI-gestützte Lösung zur automatisierten Prozessoptimierung und Parametrierung in der Präzisionstechnik, die neue Maßstäbe in der ressourcenschonenden und effizienten Fertigung setzen soll. Datei-Upload durch TIB
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    Verbundprojekt KAWAS: Kaskadenkälteanlagen mit den Arbeitsstoffen R718 auf der Hochtemperatur- sowie R290 oder R744 auf der Niedertemperaturstufe
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-11-06) Schulte, Andreas; Hanslik, Florian; Friese, Jana; Hellmann, Sascha; Tegethoff, Wilhelm; Köhler, Jürgen
    Die Motivation des Verbundprojekts KAWAS bestand in der Entwicklung neuartiger Kaskaden-kälteanlagen mit dem Kältemittel R718 (Wasser) für den Einsatz in Supermarktkälteanlagen. Wobei R718 in der Hochtemperaturstufe zum Einsatz kommen sollte. Für das Projekt wurden drei wissenschaftlich-technische Ziele angestrebt: 1. Verständnis des maßgeblichen Systemverhaltens und des Optimierungspotenzials der neuartigen Kaskadenkälteanlagen 2. Bereitstellung von drei möglichen Kaskadenkonzepten für Kälteanlagen im Supermarktbereich, die sowohl Betriebs- und Regelungsstrategien als auch eine optimierte R718 Hochtemperaturstufe enthalten 3. Nachweis der energetischen Vorteile der Kaskadenkonzepte für den Einsatz in Supermärkten Datei-Upload durch TIB
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    Verbundprojekt 05A2020 - ICECUBE - Astroteilchenphysik mit dem IceCube
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-06-27) Engel, Ralph
    Wissenschaftliche Highlights im Berichtszeitraum waren der Nachweis eines hochenergetischen Teilchenschauers in IceCube konsistent mit der Entstehung an der sog. Glashow-Resonanz sowie die Identifikation von NGC 1068 als zweite hochenergetische astrophysikalische Neutrinoquelle. Letztere ist die erste hochenergetische kosmische Neutrinoquelle, die alleine in Neutrinos identifiziert werden konnte. Im Rahmen des Projekts wurden wesentliche Fortschritte in der Entwicklung von Trigger- und Filter-Algorithmen erzielt. Diese Entwicklungen sind entscheidend, da sie Signaturen erkennen können, die bisher nicht erfasst wurden. Zudem haben die deutschen Universitäten in enger Zusammenarbeit mit DESY und KIT maßgeblich zur Entwicklung und Produktion optischer Sensoren sowie weiterer Schlüsselkomponenten beigetragen. Die Arbeiten unterstützen sowohl das geplante IceCube-Upgrade als auch zukünftige Erweiterungen. Die erzielten Ergebnisse wurden in zahlreichen wissenschaftlichen Publikationen veröffentlicht und haben bereits in ande- ren Forschungsbereichen, wie der Informatik und Sensortechnologie, Anwendung gefunden. Trotz Herausforderungen durch die COVID-19-Pandemie konnten alle geplanten Ziele erreicht werden.
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    LNGS-Upgrade: Entwicklung mobiler Neutronen-Detektoren und einer Neutronen-Veto-Technologie mit Gd-beladenem Wasser - Entwicklung eines mobilen Neutronen-Detektors (Teilprojekt 2)
    (2025-11-18) Valerius, Kathrin
    Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines hochsensitiven mobilen Neutronendetektors, mit dessen Hilfe der Neutronenfluss im Untergrundlabor LNGS (Laboratori Nazionali del Gran Sasso) in Italien genauer und bei niedrigeren Energien vermessen werden kann, als dies bislang möglich war. Der Neutronenfluss im LNGS entsteht dabei im Wesentlichen durch natü rliche Radioaktivitä t im Umgebungsgestein und in den Betonwä nden der Laborhallen und zu einem wesentlich kleineren Teil durch wenige kosmische Myonen, die trotz der massiven Gesteinsabschirmung noch in das Labor eindringen. Teilchenreaktionen von Neutronen müssen in vielen Experimenten in Untergrundlaboren wie dem LNGS möglichst vermieden oder identifiziert werden, um eine Suche nach sehr seltenen Prozessen wie z.B. von neutrinolosen doppelten Betazerfällen oder der Streuung von Dunkler Materie zu ermöglichen. Der Neutronendetektor sollte nach Abschluss des Projekts dem LNGS als Teil der wissenschaftlichen Infrastruktur des Labors zur weiteren Verwendung übergeben werden. Ein mobiles System erlaubt dabei, den Neutronenfluss flexibel an verschiedenen Experiment-stellen der 3 Hallen sowie in den Durchgängen des LNGS zu vermessen. Das Vorhaben wurde in enger Abstimmung mit dem Kooperationspartner Universität Mainz durchgeführt. Es fanden regelmäßige Arbeitstreffen, typischerweise als online-Meetings statt, an denen auch Kolleg\*innen der italienischen Partner-Universität aus L´Aquila teilnahmen. Nach der ersten Konzeption eines Detektorsystems wurde auch das Direktorat des LNGS über den geplanten Bau und die Installation im LNGS informiert und die entsprechende Zustimmung zum Einbringen eines solchen mobilen Detektors eingeholt. Dabei wurden die spezifischen Anforderungen des Detektors (Stromversorgung, Datentransfer, Platzbedarf, Betreuung vor Ort) wie auch Sicherheitsvorschriften des Labors aufeinander abgestimmt. Als optimale Lösung für einen kompakten, spektralen Neutronendetektor mit den obigen Randbedingungen ergab sich ein System aus 36 Plastikszintillatoren, die die Neutronenenergie wie auch den Neutroneneinfang an sie umgebenden Gadoliniumfolien nachweisen können. Die Szintillatormodule mit ihren Auslese-Sensoren (PMTs) wurden dann am KIT zusammengebaut, in einen mechanischen Rahmen eingebracht und mit PMT-Hochspannungsversorgung und speziell am KIT entwickelter Auslese-Elektronik versehen. Ausgiebige Funktionstests einzelner Module wie auch des Gesamtsystems mit verschiedenen radioaktiven Quellen erfolgten zunächst am KIT. Nach Sicherstellung der korrekten Funktion der einzelnen Detektoren wie auch der Auslese-Elektronik wurde das Gesamtsystem am Neutronen-generator der ENEA (Department of Fusion and Technology for Nuclear Safety and Security) in Frascati, Italien, mit verschiedenen Neutronen-Quellen kalibriert. Schließlich erreichte der Neutronendetektor Ende 2024 das Untergrundlabor LNGS und konnte nach erfolgter Zulassung durch die Laboraufsicht Anfang 2025 in Betrieb genommen werden. Wesentliches Ergebnis des Projekts ist der erfolgreiche Aufbau und die Inbetriebnahme eines mobilen Detektors zur spektralen Vermessung des Neutronenflusses und dessen Bereitstellung für das Untergrundlabor LNGS: ALMOND – An LNGS Mobile Neutron Detector Die Arbeiten hierzu wurden im Wesentlichen am KIT konzipiert und durchgeführt, die Kalibrationsphase erfolgte in enger Abstimmung mit Kollegen der ENEA in Frascati. Die Installation des Detektors am LNGS und dessen Messbetrieb wurde gemeinsam mit Kolleg\*innen der Universität L´Aquila und des LNGS erreicht, seit Januar 2025 nimmt ALMOND kontinuierlich Daten im Untergrundlabor LNGS. Hiermit konnte dem LNGS ein relevantes Element der wissenschaftlichen Infrastruktur zur Verfügung gestellt werden, das Experimenten der Astroteilchenphysik wichtige Parameter zur Untergrundunterdrükkung bei der Suche nach seltenen Prozessen liefert.
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    Elektrischer Straßengüterverkehr mit Oberleitungen und Batterien: Rationalität, Kombinationen und Institutionendesign (ESOB-RKI) - Planung, Finanzierung, Organisation, Regulierung
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-11-18) Lehmann, Michael; Beckers, Thorsten; Gather, Matthias; Kiefer, Leon; Grüter, Carolin; Werchohlad, Mats; Pfaff, Hauke; Bieschke, Nils; Jäkel, Klaus
    Der Straßengüterverkehr (SGV) steht vor einer grundlegenden Transformation, weg vom bisher dominierenden Dieselantrieb hin zu klimaneutralen Antriebssystemen. Im Forschungsvorhaben ESOB-RKI wurden zentrale Fragestellungen untersucht, die für eine effektive und effiziente Umgestaltung des SGV von besonderer Bedeutung sind. Zum einen erfolgten verkehrliche, technisch-systemische und (wohlfahrts-)ökonomische Analysen, um die Rationalität verschiedener technologischer Optionen, deren Kombinationsmöglichkeiten sowie potenzielle Einführungspfade für zukünftige Systeme im SGV zu bewerten. Im Fokus standen Systeme des sogenannten "elektrischen Straßengüterverkehrs" (ESGV), bei denen Strom direkt, also ohne Umwandlung in andere Energieträger, für den Fahrzeugantrieb genutzt wird. Dies setzt die Errichtung entsprechender Oberleitungs- und/oder Ladesäulen-Infrastruktur für Lkw voraus. Zum anderen wurden institutionenökonomische und juristische Untersuchungen durchgeführt, die klären sollten, wie bestehende Institutionen genutzt oder neue geschaffen werden müssen, um die in den technisch-ökonomischen Analysen als vorteilhaft identifizierten Systeme effektiv und wirtschaftlich tragfähig umsetzen zu können. Dabei wurden Fragestellungen zur Planung, Finanzierung, Bepreisung sowie zur Organisation und Regulierung adressiert. Auch politische Transaktionskosten, die in Abhängigkeit von der institutionellen Ausgestaltung stark variieren konnten, wurden berücksichtigt. Da beide Themenfelder eng miteinander verknüpft waren, wurde ESOB-RKI als integriertes Forschungsvorhaben angelegt. Ziel war es, fundiertes Wissen zu generieren und daraus Handlungsoptionen und Empfehlungen abzuleiten, die politischen Entscheidungsträgerinnen und -trägern in Legislative und Exekutive als Grundlage für die Transformation des SGV hin zur Klimaneutralität dienen konnten.
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    TRIPLE-FRS - Entwicklung des Vorfelderkundungssystems für die TRIPLE-Schmelzsonde zur Navigation und zur Detektion des Eis-Wasser-Übergangs zu subglazialen Flüssigkeitsreservoirs (Teilvorhaben RWTH Aachen)
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-11-19) Audehm, Jan; Do, Mia Giang; Heinen, Dirk; Zierke, Simon; Wiebusch, Christopher
    Die Eismonde in unserem Sonnensystem, insbesondere der Jupitermond Europa und der Saturnmond Enceladus, stellen aus astrobiologischer Perspektive äußerst faszinierende Ziele für die Suche nach extraterrestrischem Leben dar. Um Schlüsseltechnologien für Raumfahrtmissionen zur Erforschung des Ozeans von Europa zu entwickeln, hat die Deutschen Raumfahrtagentur im DLR die TRIPLE-Projektlinie (Technologies for Rapid Ice Penetration and Subglacial Lake Exploration) ins Leben gerufen. Im Mittelpunkt dieser Entwicklungen stehen drei Hauptkomponenten: eine Schmelzsonde, ein kleines autonomes Unterwasserfahrzeug und ein astrobiologisches Labor. Die gesamten TRIPLE-Systeme sollen abschließend in einem terrestrischen Analogszenario, in einem subglazialen See in der Antarktis, wie beispielsweise in der Dome C Region, demonstriert werden. Für den Erfolg einer solchen Mission ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Schmelzsonde Hindernisse auf ihrem Weg durch das Eis sowie die Grenzschicht zwischen Eis und eingeschlossenem Wasser effizient erkennt. Dadurch soll ein Verlust des Systems durch Festfahren oder zu tiefes Eindringen in den Wasserkörper vermieden werden. Zu diesem Zweck wurde im TRIPLE-FRS (Forefield Reconnaissance System) ein hybrides Vorfelderkundungssystem speziell für den Einsatz in Schmelzsonden entwickelt. Es kombiniert ein Sonar mit einem Radar, um eine hohe Robustheit der Vorfelderkundung sowohl im Eis als auch in wassergefüllten Spalten zu gewährleisten. Als zusätzliche Komponente ist eine Permittivitätssensorik integriert, um die usbreitungsgeschwindigkeit der Radarwellen im Eis kalibrieren zu können. In einem ersten Entwicklungsschritt wurden alle Systeme des FRS in eine Trägersonde integriert und die Funktion der Vorfelderkundung erfolgreich auf Alpengletschern validiert und demonstriert.
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    ECOFLEX-Turbo - "Schaufelaeroelastik im transienten Betrieb von Expansionsturbinen; Teilvorhaben Deckbandkopplung (AP2.1A)"
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-11-12) Hartung , Andreas
    In den Arbeitspaketen des Verbundes “Schaufelaeroelastik im transienten Betrieb von Expansions turbinen“ (SchauTex) wurden Projekte zur Optimierung der aeroelastischen Eigenschaften der Beschaufelungen sowohl von Gas-, Dampfturbinen als auch Industriegasturbinen durchgeführt. Das durchgeführte Projekt trägt durch die Entwicklung und Validierung von experimentellen und theoretischen Methoden dazu bei, dass sich die Anzahl der zulässigen Zyklen ohne Einbußen der Lebensdauer innerhalb des nächsten Jahrzehnts mehr als verdoppeln und der Teillastbetrieb bis in das Niveau des Parkbetriebs ausgedehnt werden kann, um schnelle Startzeiten zur Bereitstellung von Residuallasten zu realisieren. Durch die Weiterentwicklung und Validierung der Auslegungsprogramme wurde ein besseres Verständnis komplexer physikalischer Interaktionen (Fluid-Struktur Wechselwirkungen in Turbinenkomponenten) erarbeitet. Ziele waren dabei die Validierung der Flattergrenze sowie der Tools zur Vorhersage von Grenzzyklen. Außerdem wurden die nichtlinearen Bewegungen der Deckbänder korrekt abgebildet und messtechnisch erfasst. Hierfür wurde die optische Vermessung der genauen Deckbandbewegung unter Fremderregung durchgeführt und auf dieser Basis die Flattervorhersage für das Full-Scale Rig optimiert. Abschließend wurde die Laufstufe in das Full-Scale Rig integriert und hinsichtlich robuster dauerfester Grenzzyklen getestet und ausgewertet. Datei-Upload durch TIB
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