Almanach 2005 - Technische Fakultät - Christian

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Herausgeber:
Dekanat Technische Fakultät
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Kaiserstraße 2, 24143 Kiel
Tel.: 0431/880-6001, -6068
Fax: -6003
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http://www.tf.uni-kiel.de
Redaktion: Dr. Frank Paul
Verantwortlich für die Inhalte: die Professoren der TF
Entwurf des Layouts: Jörg Masuch, Elmshorn
Der Almanach kann auch von den Web-Seiten der Fakultät heruntergeladen werden
Auflage 250
Kiel, den 20.4.2006
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Elektrotechnik und Informationstechnik
Automatisierungs- und Regelungstechnik . .
Halbleitertechnik . . . . . . . . . . . .
Halbleitertechnologie . . . . . . . . . .
Hochfrequenztechnik . . . . . . . . . .
Informations- und Codierungstheorie . . .
Leistungselektronik und Elektrische Antriebe
Nachrichten- und Übertragungstechnik . . .
Netzwerk- und Systemtheorie . . . . . . .
Numerische Feldberechnung . . . . . . .
Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik .
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Informatik und Praktische Mathematik
Diskrete Optimierung . . . . . . . . . . . . .
Echtzeitsysteme und Eingebettete Systeme . . . .
Kognitive Systeme . . . . . . . . . . . . . .
Kommunikationssysteme . . . . . . . . . . . .
Multimediale Systeme zur Informationsverarbeitung
Programmiersprachen und Übersetzerkonstruktion .
Rechnergestützte Programmentwicklung . . . . .
Scientific Computing . . . . . . . . . . . . .
Softwaretechnologie . . . . . . . . . . . . .
Technische Informatik . . . . . . . . . . . . .
Technologie der Informationssysteme . . . . . .
Theoretische Informatik . . . . . . . . . . . .
Theorie der Parallelität . . . . . . . . . . . .
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Materialwissenschaft
Allgemeine Materialwissenschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Materialverbunde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mikrostrukturanalytik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sensorik und Festkörper-Ionik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Werkstoffmechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Polymerbasierte Multikomponentenwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
CMA Centrum für Materialanalytik / TF-Praktika für Studierende der Ingenieurstudiengänge
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Verwaltung
Dekanat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Liebe Leserinnen und Leser,
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Mit dem vorliegenden Bericht für das Jahr 2005 geben wir Ihnen eine Übersicht über die Lehr- und Forschungsaktivitäten der
einzelnen Arbeitseinheiten der Fakultät an die Hand. Überzeugen Sie sich selbst, dass die von den Mitarbeitern der Fakultät
geleistete Arbeit, gemessen an den eingeworbenen und bearbeiteten Drittmittelprojekten, den Veröffentlichungen und Vorträgen,
sehr erfolgreich war. Erfolg misst sich auch an Preisen. Besonders hervorheben möchte ich an dieser Stelle die folgenden Preisträger
des Jahres 2005:
· Prof. Dr. Bernhard Thalheim; Kolmogorow-Ehrenprofessur der Lomonossow-Universität, Moskau
· Dr.rer.nat. Jörn Kanzow; Fakultätspreis der TF,
· Dr.-Ing. Sven Buchholz, Preis des Fördervereins der TF,
· Dipl.-Ing. Jan Schöne; Dr. Werner Petersen Preis,
· Dipl.-Ing. S. Mathijssen; VDE-Preis (Diplomarbeit).
Neben dem Bericht über die Leistungen und Ereignisse der Fakultät hat der Almanach eine weitere wichtige Funktion. Er soll als
Informationsquelle in verständlicher Form für Anknüpfungsmöglichkeiten mit Firmen dienen, die ein Interesse an unserer Arbeit
haben. Professoren und Mitarbeiter freuen sich auf fruchtbare Gespräche der Umsetzung unserer Tätigkeit in die industrielle Welt.
Selbstverständlich dient der Almanach auch dazu, unsere Kompetenz in Politik, Verbänden, anderen Bereichen der CAU sowie
anderen Hochschulen und Forschungsinstituten deutlich zu machen. Auf Ihre Reaktion freuen wir uns.
Prof. Dr.-Ing. Peter Seegebrecht
Dekan der Technischen Fakultät
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Automatisierungs- und Regelungstechnik
Automatisierungs- und Regelungstechnik
Der Lehrstuhl arbeitet auf folgenden Gebieten:
Messtechnik: Coriolis-Massendurchflussmessung, Dichtemessung, Druckmessung
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Biotechnologie: Modellbasierte Prozessführung zur Kultivierung des Bakteriums Photorhabdus luminescens , Software
Sensoren, Biomassebestimmung
Medizintechnik: Flachheitsbasierte Regelung des Glucosespiegels bei Diabetes-Patienten
Regelungstechnik: Globale Stabilisierung unteraktuierter mechanischer Systeme
Automatisierungstechnik: Enwicklung eines Seglerassistenz-Systems
Ergebnisse
Coriolis-Massendurchflussmessung
Die Massendurchflussmessung ist in vielen Anwendungsfällen wichtiger als die Volumenmessung. So werden heutzutage
alle Mineralölprodukte (Benzin, Diesel, Heizöl) aber auch Erdgas noch nach Volumen verkauft, obwohl der Energieinhalt
nicht mit dem Volumen, sondern der Masse korreliert. Unberücksichtigt bleibt hierbei, dass das Volumen als
Abrechnungsgröÿe für die Energiemenge auch noch von anderen Parametern wie Druck, Dichte und Temperatur abhängt.
Coriolis-Massendurchflussmesser (CMD) zeichnen sich durch ihre hohe Genauigkeit (typische Messunsicherheit 0,1% vom
Messwert) aus. Gleichzeitig ist der Messwert unabhängig von den Eigenschaften des zu messenden Mediums wie z. B.
Druck, Temperatur, Dichte, elektrische und thermische Leitfähigkeit.
Die neueste Gerätegeneration - Coriolis-Massendurchflussmesser mit Geradrohrgeometrie - hat aber im praktischen
Einsatzfall heutzutage noch Probleme mit der Langzeitgenauigkeit, da sich die charakteristischen Kenngröÿen Nullpunkt
und Empfindlichkeit zeitlich verändern können. Diese Veränderung ist im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass
die schwingenden Komponenten oszillierende Kräfte bzw. Drehmomente auf die Einspannstellen übertragen, die von
diesen nicht rückwirkungsfrei aufgenommen werden. Dies führt zu einer Verfälschung des Messergebnisses, da sich die
herrschenden Einspann- und Umgebungsbedingungen wie z. B. die Temperatur im Messergebnis niederschlagen. Mit den
Umgebungsbedingungen ändern sich somit Nullpunkt und Empfindlichkeit im laufenden Betrieb. Im Projekt wird ein
modellbasierter Ansatz zur Messwertkorrektur verfolgt, der bis auf einen Temperatursensor ohne weitere teure Sensorik
am CMD auskommt. Dazu wurde im Verlauf der bisherigen Forschungsarbeiten ein dynamisches Modell des CMD erstellt,
das im Wesentlichen aus zwei miteinander gekoppelten, schwingungsfähigen Übertragungsfunktionen zweiter Ordnung
besteht. Eine Übertragungsfunktion beschreibt die Schwingung in der ersten Eigenform des Messrohres (Antriebsmode),
die zweite entsprechend die Schwingung in der zweiten Eigenform des Messrohres (Coriolismode). Während bei üblichen
CMD nur der Antriebsmode angeregt wird und der durch den Massenstrom erzeugte Coriolismode den Messwert liefert,
wird im modifizierten Aufbau ein zusätzlicher Treiber benötigt, um auch den Coriolismode gezielt anregen zu können.
Die modellbasierte Auswertung der Systemantwort auf eine gezielte Anregung des Coriolismode liefert zusätzliche
Informationen zur Bestimmung der zeitvarianten Modellparameter des CMD. Die charakteristischen Kenngröÿen Nullpunkt
und Empfindlichkeit lassen sich aus diesen Modellparametern leicht berechnen, so dass eine online Korrektur des Messwertes
möglich wird. Neben dem Massendurchfluss kann mit einem CMD auch die Dichte des Messstoffes mit hoher Genauigkeit
gemessen werden. Zu diesem Zweck wird die Resonanzfrequenz der Schwingung im Antriebsmode ausgewertet, die sich
in Abhängigkeit der schwingenden Masse und somit der Dichte des Messstoffes ändert. Allerdings führen Änderungen
der Prozessbedingungen wie z.B. Druck und Temperatur ebenfalls zu einer Änderung der Resonanzfrequenz, indem sie
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die effektive Federsteifigkeit des Messrohres beeinflussen. Daher wird in dem Projekt Coriolis-Massendurchflussmessung
ebenfalls ein modellbasierter Ansatz zur Messung dieser Federsteifigkeit untersucht. Mit der gemessenen Federsteifigkeit
kann eine Online-Korrektur des Dichtemesswertes, der sich aus der gemessenen Resonanzfrequenz des Antriebsmode
ergibt, durchgeführt werden.
Bei Einschluss von Luftblasen im strömenden Medium versagen ab einem bestimmten Luftblasenanteil sämtliche am
Markt verfügbaren Coriolismassendurchflussmesser. Das Problem wurde experimentell untersucht und ein Lösungskonzept
erarbeitet, das auf einer verbesserten Regelung bei rasch sich verändernden Systemparametern basiert.
Modellbasierte Prozessführung zur Kultivierung des Bakteriums Photorhabdus luminescens
Nematoden der Gattung Heterorhabditis bacteriophora werden als Antagonisten von im Boden lebenden Insektenlarven
für die biologische Schädlingsbekämpfung in Landwirtschaft und Gartenbau kommerziell eingesetzt. Ein wesentlicher
Verfahrensschritt bei der Produktion der Nematoden in Flüssigkultur besteht in der Etablierung einer Kultur des
symbiotischen Bakteriums der Gattung Photorhabdus luminescens in die, bei entsprechender Zelldichte, die Larven des
Fadenwurmes Heterorhabditis bacteriophora inokkuliert werden. Die zurzeit noch stark schwankenden Ausbeuten des
Produktionsprozesses sind mit hoher Wahrscheinlichkeit auf eine stark variierende Qualität der Bakterienvorkultur und ein
noch nicht ausreichendes Verständnis der Symbiose zurückzuführen. Ein erster Schritt in Richtung hohe Ausbeuten und damit
kostengünstige Produktion ist die Entwicklung einer modellgestützten Prozessführungsstrategie, um die Bakterienvorkultur
in einen definierten Zustand zu überführen, der durch die Parameter Zelldichte und Konzentration der Einschlussproteine
charakterisiert ist. Grundlage dieser Prozessführung ist ein mathematisches Modell des Wachstumsprozesses der Bakterien,
das sowohl das Wachstum der Biomasse als auch die Produktion der Einschlussproteine beschreibt. Mit Hilfe des erstellten
mathematischen Prozessmodells konnten bereits erste erfolgreiche Versuche zur Trajektorienfolgeregelung unternommen
werden. Die theoretische Grundlage des verwendeten nichtlinearen Regelkonzeptes bilden die differentiell flachen Systeme,
deren besondere Eigenschaft die Existenz so genannter flacher Ausgänge ist. Da die flachen Ausgänge die volle
Information über die Systemdynamik besitzen, ist es möglich, die nichtlineare Systemdynamik zu invertieren und für eine
gewünschte Solltrajektorie eine Steuerfunktion analytisch zu bestimmen. Die bei technischen Systemen unvermeidbaren
Modellierungsfehler führen aber immer zu einer Abweichung vom gewünschten Sollverlauf der Trajektorie. Aus diesem
Grunde wird anstelle einer Steuerung eine Trajektorienfolgeregelung entworfen. Die Prozessführung auf der Basis einer
Trajektorienfolgeregelung besteht in einer gezielten Zufuhr von Substraten, die von den Bakterien verstoffwechselt werden.
Im Labormaÿstab konnten mit dieser Regelstrategie bereits deutlich höhere Bakteriendichten erzielt werden, als sie zurzeit
in der industriellen Produktion möglich sind.
Onlinemesstechnik in der Biotechnologie
Biomasse ist eine wichtige Messgröÿe zur Charakterisierung und Regelung von Bioprozessen. Die Impedanzspektroskopie
stellt eine geeignete in-situ-Methode zur Bestimmung der Biomasse dar, da die Impedanz einer Zellsuspension vom
Volumenanteil der Zellen sowie ihrer Gröÿe und Vitalität abhängig ist. Im Laufe des Projektes soll eine Messzelle mit
geeigneter Auswerteelektronik aufgebaut und die Funktionsweise dieser Messzelle untersucht und charakterisiert werden.
Flachheitsbasierte Regelung des Blutglucosespiegels bei insulinpflichtigen Diabetes-Patienten
Die Einstellung des Blutglucosespiegels von Diabetikern auf normale Werte ist von groÿer Bedeutung für die Erhaltung
der körperlichen Gesundheit. Entwickelt wird daher ein System zur modellbasierten Stoffwechseleinstellung und Regelung
des Blutzuckerspiegels bei Typ 1 und Typ 2 Diabetes-Patienten. Die Blutglucose-Konzentration als Regelgröÿe wird
über einen käuflichen subkutanen Glucose-Sensor erfasst. Für die Insulingabe (Stellgröÿe) wird eine von der Fa.
Pegasus zu entwickelnde Insulinpumpe eingesetzt. Ausgehend von einem mathematischen Patientenmodell, das die
Insulinwirkung auf den Blutglucosespiegel beschreibt, und einem sog. Störmodell zur Beschreibung der Auswirkungen
der Nahrungsaufnahme auf den Blutglucosespiegel wurde eine flachheits-basierte Regelstrategie erarbeitet und in der
Simulation erfolgreich erprobt. Regelziel ist es hierbei, den Blutglucoseschwankungen bei Nahrungsaufnahme bzw.
körperlicher Aktivität die gleichen dynamischen Zeitverläufe aufzuprägen, wie sie bei Nichtdiabetikern gemessen werden
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können. Zur experimentellen Bestimmung des Patientenmodells bzw. der Störfunktionen bei Nahrungsaufnahme wird z.Zt.
in Zusammenarbeit mit dem Projektpartner tecura ein Ethikantrag vorbereitet. Das modellbasierte Regelungskonzept soll
anschlieÿend auf einen Pocket-PC portiert werden, der über eine Bluetooth-Schnittstelle drahtlos mit dem Glucosesensor
und der Insulinpumpe kommuniziert.
Globale Stabilisierung unteraktuierter mechanischer Systeme
Passive Systeme gehören einer Systemklasse dynamischer Systeme an, die Energie mit ihrer Umgebung austauschen.
Passivität bedeutet hierbei, dass der Anstieg der im System gespeicherten Gesamtenergie nicht gröÿer als die von auÿen
zugeführte Energiemenge sein darf. Der Reglerentwurf auf der Grundlage des Passivitätskonzeptes vollzieht sich gewöhnlich
in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird die Gesamtenergie des Systems über eine neue Energiefunktion so verändert
(Energy-Shaping), dass die resultierende Funktion im Bereich der anzusteuernden instabilen Ruhelage ein Minimum
aufweist. Im sich daran anschlieÿenden zweiten Schritt wird eine Dissipationsfunktion eingeführt, die das Gesamtsystem in
der instabilen Ruhelage asymptotisch stabilisiert. Leider existiert jedoch kein systematisches Verfahren, um eine geeignete
Speicherfunktion zu konstruieren. Ein neues Verfahren verwendet eine Systemtransformation, bei der das transformierte
System nur noch die zu stabilisierenden Ruhelagen das Ausgangssystems enthält. Der Reglerentwurf führt auf die Lösung
einer Eigenwertaufgabe, die man als verallgemeinertes Polvorgabeproblem interpretieren könnte. Das Verfahren ist in
der Simulation erprobt, eine technische Realisierung am Versuchsaufbau Einfach invertiertes Pendel auf einem Wagen
scheiterte bislang am zu geringen Verfahrweg des Wagens. Die Realisierungsprobleme lassen sich jedoch über die Vorgabe
beliebiger Eigenwerte lösen. Der symbolische Rechenaufwand ist dann jedoch beträchtlich und nur noch mit Hilfe von
Computer-Algebra-Systemen zu bewältigen. Fernziel ist die Anwendung der neuen Methode auf die Stabilisierung des
invertierten Doppelpendels auf einem Wagen.
Entwicklung einer Seglerassistenz
Betrachtet man den Vorgang des Segelns unter dem Blickwinkel der Systemtheorie, so führt dies unmittelbar auf eine
Regelkreisstruktur mit dem Segler als Regler und dem Segelboot als Regelstrecke. Aus der fortlaufenden Betrachtung
der Witterungsverhältnisse und des umgebenden Verkehrsgeschehens gibt der Segler entsprechend seinem persönlichen
Fahrwunsch einen augenblicklichen Sollzustand seines Segelbootes vor. Er vergleicht diesen Sollzustand mit dem aktuellen
Istzustand, den er über die Augen, den Gleichgewichts- und den Tastsinn erfasst. Aus dem Vergleich der Soll- und
Istbewegung leitet er korrigierende Steuereingriffe über Pinne, Positionierung der Crew, Krängung und Anstellwinkel des
Segels zum Wind ab. Soll-Ist-Abweichungen resultieren dabei sowohl aus der aktuellen Verkehrssituation, z.B. Änderung
des Sollkurses, um einem Hindernis auszuweichen, als auch aus Störeinflüssen wie die Änderung des Wellenganges.
Dazu zählen aber auch sich bemerkbar machende Segelbootnichtlinearitäten, die in manchen Situationen eine vom
gewohnten Verhalten abweichende Segelbootreaktion nach sich ziehen. Demzufolge hat der Segler neben der eigentlichen
Führungsaufgabe noch die Ausregelung dieser Störungen und die Stabilisierung des Bootes zu bewältigen. Ziel dieses
Projekt ist es nun, die segeldynamischen Regelsysteme (Seglerassistenz) zur Verfügung zu stellen, die dem Segler bei
Bedarf Hilfestellung beim Erlernen des Segelns, beim Segeln und bei der Beurteilung seiner Performance geben. Hierzu
werden zunächst die möglichen Bewegungsfreiheitsgrade und die allgemeine Struktur des Segelbootes als dynamische
Regelstrecke mathematisch modelliert und das dynamische Verhalten des Bootes anhand vereinfachter Ersatzmodelle
für die elementaren Prozesse der Längs-, Quer- und Vertikaldynamik sowie ihrer Wechselwirkungen simuliert. Hieraus
lassen sich dann die grundlegenden Anforderungen an die den Segler unterstützenden Regelsysteme zur Verhinderung
des Kenterns und zur Sicherung der Kursstabilität sowie zur Komforterhöhung durch selbsttätige Unterdrückung des
Segelflatterns ableiten. Die Realisierung erfolgt mit einem Steuergerät, dem die notwendigen Informationen über die
Zustandsgröÿen des Segelbootes mittels entsprechender Sensoren zugeführt werden. Die berechneten Steuersignale wirken
dann über geeignete Aktoren auf das Segelboot ein und beeinflussen sein Verhalten so, dass die Regelabweichung
minimiert wird.
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Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. H. Röck; Sekretariat: I. Baumann
Technisches Personal: Dipl.-Ing. (FH) M. Lieb
Wissenschaftliche Mitarbeiter/-innen:
Dipl.-Ing. D. Barth
01.08.-31.12.2005
Modellbasierte Prozessführung in der Biotechnologie
CAU
Dipl.-Ing. A. Buchen
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. J. Hörrmann
01.05.-31.12.2005
CAU
PD Dr.-Ing. K. Kolahi
01.01.-31.12.2005
Coriolis-Massendurchflussmessung, Biomassebestimmung, Seglerassistenz
Ind.
Dipl.-Ing. P. Papazov
01.01.-31.12.2005
Modellgestützte prädiktive Regelung der Insulinabgabe
TSH
Dipl.-Ing. E. Papazova
01.01.-31.12.2005
Modellgestützte prädiktive Regelung der Insulinabgabe
Ind.
Prof. Dr. E. Pawluk
Nichtlineare Regelung
01.01.-31.12.2005
Ind.
Dipl.-Ing. T. Schröder
Coriolis-Massendurchflussmessung
01.01.-14.03.2005
CAU
Dr. W. Zhong
01.01.-31.12.2005
Nichtlineare Regelung unteraktuierter Systeme
Ind.
Winter 2004/2005
Regelungstechnik I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
H. Röck (+ P. Papazov)
Regelungstechnik III, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
H. Röck (+ A. Buchen)
Digitale Regelung, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
H. Röck (+ T. Schröder)
Regelungstechnik I, 3 Std. Praktikum/Woche,
H. Röck (+ A. Buchen, T. Schröder)
Ausgewählte Kapitel der Regelungstechnik, 3 Std. Seminar/Woche,
H. Röck
Messtechnik II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
K. Kolahi (+ K. Kolahi)
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Vorlesungen, Seminare und Praktika
Automatisierungstechnik I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Ausgewählte Kapitel der Automatisierungstechnik, 3 Std. Vorlesung/Woche,
K. Kolahi
Sommer 2005
Regelungstechnik II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Robuste Regelung, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
H. Röck (+ J. Hörrmann)
Messtechnik I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Winter 2005/2006
Regelungstechnik I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Regelungstechnik III, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
H. Röck (+ J. Hörrmann)
Regelungstechnik I, 3 Std. Praktikum/Woche,
H. Röck (+ D. Barth, J. Hörrmann, P. Papazov)
Ausgewählte Kapitel der Regelungstechnik, 3 Std. Seminar/Woche,
H. Röck
Messtechnik II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Automatisierungstechnik I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Ausgewählte Kapitel der Automatisierungstechnik, 3 Std. Vorlesung/Woche,
K. Kolahi
Drittmittel
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Krohne-Messtechnik, Coriolis- Massendurchflussmessung, 01.01.-31.12.2005 (65000 EUR)
Technologiestiftung Schleswig-Holstein, Regelung der Insulinabgabe, 01.01.-31.12.2005 (70000 EUR)
Weitere Zusammenarbeiten, Technologietransfers und Konsultationen
Fa. Krohne-Messtechnik, Duisburg: Modellgestützte Coriolis-Massendurchflussmessung
Institut für Phytopathologie der CAU / Fa. E-nema, Raisdorf: Modellgestützte Prozessführung zur Kultivierung des
Bakteriums Photorhabdus luminescens
Institut für Physiologie der Ernährung der Bundesanstalt für Milchforschung / Fa. tecura / Fa. Pegasus: Flachheitsbasierte
Regelung des Glucosespiegels bei insulinpflichtigen Diabetes-Patienten
Fa. Repower AG Rendsburg: Modellgestützte Bestimmung des Biegemomentes in der Rotorachse bei Windkraftanlagen
(Diplomarbeit)
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Segelzentrum der CAU: Segelassistenzsystem
Diplom- und Master-Arbeiten
T. Jensen, Untersuchung nichtlinearer Regelstrategien für das Aufschwingen des invertierten Pendels, 18.01.2005
H. Becker, Onlineschätzung von Rototrwinkel und Drehzahl einer Windenergieanlage mit Hilfe des extended
Kalman-Filters zur Bestimmung der Biegemomente an der Rotorwelle, 21.06.2005
S. Gramke, Aufbau und Untersuchungeines kapazitiven Sensors zur impedanzspektroskopischen Bestimmung der
Biomasse, 05.12.2005
F. Grube, Aufbau und modellgestützer Regelungsentwurf für den Praktikumsentwurf Ball and Beam, 19.12.2005
K. Li, Untersuchung und Phasenregelung eines Coriolis-Massendurchflussmessers bei Luftblasenstörungen, 19.12.2005
Veröffentlichungen
erschienen im Jahre 2005
K. Kolahi, H. Röck, Kooperative Sensorfusion in der Durchflussmesstechnik und bei der Produktion von
Mikroorganismen, tm Technisches Messen, 72, (2005)
A. Buchen, K. Kolahi, H. Röck, Software-Sensor Based on Moving Horizon State Estimation Applied in Biotechnology,
Third IEEE International Conference on Systems, Signals Devices SSD 21-24.03.2005 Sousse Tunesia, (2005)
K. Kolahi, H. Röck, Density and Pressure Measurement with Coriolis Mass Flow Meters, International Conference on
Instrumentation, Comunication and Information Technology(ICICI 2005 3-5.08.2005 Bandung, Indonesia, (2005)
K. Kolahi, T. Schröder, H. Röck, High Precission Density Measurement with Coriolis Mass Flow Meters, IEEE Procedings
of Instrumentation and Measurement Technology Conference 2005, Ottawa, Canada, 16.-19.5.2005, (2005)
T. Schröder, Vergleich verschiedener nichtlinearer Regelkonzepte für das Aufschwingen eines invertierten Einfachpendels
auf einem Wagen, 39. Regelungstechnisches Kolloquium, Boppard, 23.-25.2.2005, (2005)
Präsentationen
H. Becker, Onlineschätzung von Rotorwinkel und Drehzahl einer Windenergieanlage mit Hilfe eines extended
Kalman-Filters, Diplomarbeitsvortrag bei REPower AG, Rendsburg, 26.05.2005
P. Papazov, zur kontinuierlichen Stoffwechselführung insulinpflichtiger Diabetiker, Projektvortrag Fa. Pegasus, Kiel,
23.11.2005
Andere Aktivitäten und Ereignisse
Auswahl ehrenamtlicher Tätigkeiten von Prof. Röck
DFG-Gutachter Sonderforschungsbereich 412
Sitzungsleitung DFG Kolloquium SFB 412 in Stuttgart
Mitglied des GMA Theoretische Verfahren der Regelungstechnik
Mitglied des Arbeitskreises der Hochschullehrer für Messtechnik (AHMT)
Leiter der Fachbibliothek Ingenieurwissenschaften
Mitglied des Prüfungsausschusses Elektrotechnik und Informationstechnik
Neben den hier aufgeführten Tätigkeiten hat Prof. Röck Gutachten für in- und ausländische Zeitschriften und
Konferenzbeiträge erstellt und als Gutachter in Berufungsverfahren mitgewirkt.
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Gäste am Lehrstuhl
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Prof. Dr.-Ing. Andreas Kugi (Universität des Saarlandes) Modellierung und nichtlineare Mehrgröÿenregelung eines
Laborhubschraubers (Gastvortrag im Fakultätskolloquium)
Prof. Dr.-Ing. Herbert Werner (Technische Universität Hamburg-Harburg) Hybride evolutionär-algebraische Verfahren für
optimalen und robusten Reglerentwurf (Gastvortrag im Fakultätskolloquium)
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Michael Zeitz (Universität Stuttgart) Vorsteuerung und Trajektorienplanung als Basis von linearen
und nichtlinearen Folgereglern (Gastvortrag im Fakultätskolloquium)
Dr.-Ing. Herbert Stocker (Siemens Regensburg) Moderne Einspritz- und Steuersysteme für den Pkw-Antriebsstrang
(Gastvortrag im Fakultätskolloquium)
Dr. med. René Quaden (Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Kiel) Perkutaner Aortenklappenersatz: Regelungstechnische Problemstellungen in der Biomedizin
Prof. Dr. Edmund Maser (Institut für Toxikologie und Pharmakologie, Universität Kiel)
Dr. Wolfgang Dasch und Dr. Levent Pikert (OWell GmbH Kiel)
Dr. Detlef Goelling (Danisco GmbH, Niebüll)
Prof. Dr. Rüdiger Schulz-Friedrich (Botanisches Institut, Universität Kiel)
Prof. Dr. Ruth Schmitz-Streit (Institut für Allgemeine Mikrobiologie, Universität Kiel)
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Halbleitertechnik
Im Jahr 2005 wurden die folgenden Forschungsprojekte bearbeitet:
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1. Flash-Technologie: Das Projekt behandelt den Einfluss von Prozessvariationen auf die elektrische Charakteristik
von Flash-Zellen. Das Projekt wird von Herrn Dipl.-Ing. Daniel Hermyt bearbeitet, Projektpartner sind die Fa.
X-FAB, Erfurt und das IHP, Frankfurt/Oder.
2. Zuverlässigkeit hochtemperaturtauglicher Elektronikkomponenten für modulare Mikrosysteme (Hochtemperaturelektronik): Gegenstand der zurzeit aktuellen Arbeiten ist die Entwicklung eines Schaltungssimulationsmodells
für den Entwurf und die Zuverlässigkeitsprognose von Flash-Zellen. Das Projekt wird von Herrn Dipl.-Ing.
Yaroslav Kreevenko bearbeitet, Projektpartner sind die Firmen Siemens VDO Automotive AG, Regensburg und ZF
Friedrichshafen, Friedrichshafen.
3. Entwicklung von OEICs für ein DVD-System auf Basis von blau-violettem Laserlicht (Bluespot): Im Rahmen
dieses Projektes entwickelt Herr Dipl.-Ing. Tomasz Naeve ein Schaltungssimulationsmodell für Fotodioden mit
Fingerstruktur, das u.a. die Laufzeiteffekte der generierten Ladungsträger berücksichtigt. Projektpartner ist die Fa.
Melexis, Erfurt.
4. CMOS Schaltungen mit sub-50-nm Transistoren (Nano-CMOS): Im Rahmen dieses Projektes untersucht Herr
Dipl.-Ing. Klaus von Arnim als Doktorand bei der Fa. Infineon Technologies nanoelektronische Schaltungskonzepte
in CMOS-Technik. Projektpartner ist Infineon Technologies, München.
Ergebnisse
Flash-Technologie
Die Untersuchungen von Flash-Speicher-Zellen des Halbleiterherstellers X-FAB aus Erfurt wurden in diesem Jahr fortgesetzt.
Neben verschiedenen Messungen an den Zellen standen begleitende Simulationen im Mittelpunkt. Ziel dieser Simulationen
war es, durch geeignete Wahl physikalischer Parameter und Modelle eine gute Übereinstimmung zu den Messergebnissen
zu erreichen.
Mit dem am Lehrstuhl zur Verfügung stehenden Messsystem ist es möglich, das Klemmenstromverhalten der Zellen zu
untersuchen. Hierzu wurden Eingangs- und Ausgangskennlinien der Flash-Zellen gemessen und analysiert. Die Messung
der Eingangskennlinien ermöglicht die Bestimmung der Schwellenspannung der Flash-Zelldaÿe. Diese ist insbesondere
bei Untersuchungen zur Datenwechselstabilität von Interesse. Hierbei wird abwechselnd eine Zelle beschrieben und
wieder gelöscht. Um derartige Messungen zu ermöglichen, wurde eine Computersteuerung für den Messplatz über den
GPIB-Bus mit Hilfe des Programms LabView entwickelt. In einem ersten Schritt wurden die Instrumente-Displays auf
den Steuerrechner übertragen, sodass die Steuerung der Geräte mittels eines LabView-Programms möglich ist. Für die
Messungen zur Datenwechselstabilität wurde in einem zweiten Schritt ein LabView-Programm entwickelt, welches diese
Messungen selbständig durchführt und die Messdaten zur Verwendung mit anderer Software aufbereitet.
Messungen der Ausgangskennlinien zeigen, dass bereits während dieser Messungen ein (ungewünschter) Schreibvorgang
stattfindet. Dies zeigt sich zum einen direkt in den Kennlinien durch die Verringerung des Drain-Stromes bei höheren
Spannungen zwischen Drain und Source sowie zwischen Control Gate und Source (vgl. auch Abbildung 1), zum
anderen kann dieser Schreibvorgang auch durch Bestimmung der Schwellenspannung nach der Messung jeder einzelnen
Ausgangskennlinie nachgewiesen werden. In begleitenden Simulationen konnte durch Variation der verschiedenen
Parameter, die Einfluss auf den Schreibvorgang der Zelle haben, gezeigt werden, dass dieser Effekt insbesondere von den
freien Weglängen der Elektronen im Bauelement abhängt.
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Abb. 1: Gemessenes Ausgangskennlinienfeld einer Flash-Zelle
Modulare Hochtemperaturelektronik für Getriebeanwendungen (HTM)
Im Rahmen des HTM-Teilprojektes Zuverlässigkeit hochtemperaturtauglicher Elektronikkomponenten für modulare
Mikrosysteme wurden Embedded-Flash-Zellen hinsichtlich Endurance- und Retention-Verhalten unter Einbeziehung von
möglichen Standard-Charakterisierungsmethoden untersucht.
Im Berichtszeitraum wurden gröÿtenteils Arbeiten zur Verbesserung der im entwickelten Makromodell für die Schaltungsund Zuverlässigkeitssimulation der Flash-Speicherzellen implementierten Ladungstransportmechanismen durchgeführt.
Mit diesem Makromodell kann sowohl das Endurance- als auch Retention-Verhalten einer Speicherzelle simuliert werden.
Wichtig ist dabei, dass das entwickelte Modell auch die Wechselwirkung zwischen der Datenwechselstabilität und der
Datensicherheit berücksichtigt. Die gefundene funktionale Abhängigkeit zwischen der Datenwechselstabilität und der
Datensicherheit ist in Abbildung 2(oben) schematisch dargestellt.
Wie der Abbildung 2(oben) entnommen werden kann, sind die beiden Zuverlässigkeitskriterien, die Datenwechselstabilität
und die Datensicherheit, nicht unabhängig voneinander. Die mit ansteigendem Stress einhergehende Zunahme der
Trapanzahl (im Datenwechselstabilität-Modus) hat eine Steigerung des Leckstromes im Datensicherheit-Betrieb zur
Folge. In der Abbildung 2(unten links) ist der Verlauf der Trapdichte in Abhängigkeit der Programmierzyklenanzahl
(Endurance-Verhalten) dargestellt. Mit diesen Daten konnte die Degradation der Schwellenspannung (Retention-Verhalten)
simuliert werden (siehe Abbildung 2(unten rechts)). Hier ist die Degradation der Charakteristik mit steigender Anzahl der
Programmierzyklen deutlich zu erkennen.
Neben den Simulationen wurden auch experimentelle Untersuchungen zum Endurance-Verhalten von Stand-Alone-Zellen
durchgeführt. Solche Messungen ermöglichen die Extraktion von den Fitparametern und abschlieÿende Validierung des
Modells. Eine im Rahmen einer Diplomarbeit entwickelte LabView-basierte Messumgebung erlaubt einen vollautomatisierten
Ablauf der Untersuchungen.
Entwicklung von kompakten Schaltungssimulationsmodellen zweidimensionaler Fotodiodenstrukturen
Die Verwendung immer kürzerer Wellenlängen bei optischen Systemen (z.B. optische Datenspeicher) erfordert den Einsatz
von komplexen zweidimensionalen Fotodioden auf der Detektorseite. Ziel des Projektes ist die Modellierung solcher
Fotodiodenstrukturen. Eine mögliche Anwendung des Modells ist z.B. der Einsatz als Schaltungssimulationsmodell für den
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Abb. 2: Zusammenwirken von Datenwechselstabilität und Datensicherheit
Entwurf von OEICs (Opto Electronic Integrated Circuits).
Die Modellierung eindimensionaler und quasi-zweidimensionaler Fotodioden wurde schon im Rahmen dieses Projektes
vorgenommen und auf internationalen Konferenzen präsentiert. Der gegenwärtige Arbeitsschwerpunkt ist die Fertigstellung
eines zweidimensionalen Modells einer N+-P+-PW-NBL-PSUB Diodenstruktur. Bei der Modellierung wird klassisch der
gesamte Halbleiterbereich in feldfreie Bereiche und Raumladungszonen eingeteilt. Das gesamte quasi-neutrale Gebiet
lässt sich weiter in Abschnitte unterteilen, die sich eindimensional betrachten lassen (z.B. Substrat) und Bereiche,
in denen die Ladungsträger Bewegungen in zwei Raumrichtungen ausführen. Bei der mathematischen Beschreibung
dieser zweidimensionalen Gebiete wird genutzt, dass die Ladungsträger tatsächlich nur in gewissen Randbereichen
zweidimensional verteilt sind. In einem genügend groÿem Abstand vom Randbereich geht die Ladungsträgerverteilung
in eine eindimensionale Verteilung über. Abbildung 3 zeigt die Empfindlichkeit einer solchen Diode. Dargestellt sind
die Ergebnisse der numerischen Simulation des Bauelementesimulators Atlas/Silvaco im Vergleich mit den Ergebnissen
unseren Modells. Bei den Berechnungen sind nur die halbleiterspezifischen Phänomene wie Drift, Diffusion, Generation
und Rekombination berücksichtigt worden. Die Modellierung der Einkoppelverluste sowie Mehrfachrefflektionen in der
Antirefflektionsschicht sind Gegenstand der aktuellen Arbeit. Des Weiteren werden aktuell Messungen der spektralen
Empfindlichkeit an Teststrukturen vorgenommen, um abschlieÿend das fertiggestellte Modell verifizieren zu können. Die
Messungen werden hierbei auf Waferebene durchgeführt. Die weiteren Schritte dieser Arbeit sind die Erweiterung des
Modells auf den dynamischen Arbeitsbereich mit anschlieÿender Verifikation der Ergebnisse durch transiente Messungen.
CMOS Schaltungen mit sub-50-nm Transistoren (Nano-CMOS)
Bei der Entwicklung neuer CMOS-Technologien steht vor allem die Geschwindigkeit der Signalverarbeitung im Vordergrund.
Immer kürzere Verzögerungszeiten können jedoch nur bei sinkender Schwellenspannung der Transistoren erreicht werden.
Dies führt jedoch zu einem signifikanten Leistungsverbrauch im nicht-schaltenden Transistorzustand. Aus diesem Grunde
werden bei Nano-CMOS-Technologien häufig Transistoren mit unterschiedlich hoher Schwellenspannung realisiert. Neben
den erhöhten Leckströmen (Gate-Strom, Unterschwellenstrom) stellen insbesondere auch die extremen (globalen und
lokalen) Paramterschwankungen neue Anforderungen an das Schaltungsdesign von CMOS-Schaltungen in Nanotechnologie.
Im Rahmen dieses Projektes werden unterschiedliche Schaltungskonzepte für die Realisierung von logischen Komponenten
(Gatter, Addierer) untersucht und deren Einfluss auf Verzögerungszeit und Leistungsverbrauch der logischen Komponenten
bestimmt.
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Abb. 3: Empfindlichkeit einer N+-P+-PW-NBL-PSUB-Fotodiodenstruktur
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. P. Seegebrecht; Sekretariat: Stefanie Benecke
Technisches Personal: Dipl.-Ing. N. Röschmann
Dipl.-Ing. S. Christiansen
MOS-Tunnelstrukturen
01.06.2002-31.05.2006
CAU
Dipl.-Ing. D. Hermyt
Flash-Technologie
01.07.2002-30.06.2006
CAU
Dipl.-Ing. M. Hohenbild
Bluespot
01.02.1999-31.01.2005
BMBF
Dipl.-Ing. Y. Kreevenko
Hochtemperaturelektronik
01.07.2002-31.12.2006
BMBF
Dipl.-Ing. T. Naeve
Bluespot
01.08.2003-31.07.2006
CAU
Winter 2004/2005
Elektronische Bauelemente und Schaltungen I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
P. Seegebrecht (+ D. Hermyt)
Seminar Mikro- und optoelektronische Bauelemente und Schaltungen, 2 Std. Seminar/Woche,
P. Seegebrecht
Grundgebiete der Elektrotechnik I, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
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H.K. Dirks (+ T. Naeve)
Einführung in digitale Systeme, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
P. Seegebrecht
Integrierte Schaltungen in MOS Technik, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
P. Seegebrecht
Sommer 2005
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Elektronische Bauelemente und Schaltungen II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Communication Devices I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
P. Seegebrecht (+ T. Naeve)
Integrierte digitale MOS-Schaltungen, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
P. Seegebrecht
Operationsverstärker, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
P. Seegebrecht
Praktikum Bauelemente und Schaltungen, 4 Std. Praktikum/Woche,
P. Seegebrecht (+ N. Röschmann, N. Röschmann, N. Röschmann)
P. Seegebrecht
Winter 2005/2006
Elektronische Bauelemente und Schaltungen I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
P. Seegebrecht
Drittmittel
BMBF, Modulare Hochtemperaturmechatronik für Getriebeanwendungen, 01.01.2002-31.12.2005 (217800 EUR)
Carsten Lehmann, Entwicklung und Dimensionierung eines Kondensatormanagementsystems für den kostenoptimierten
Einsatz im Automobil, 12.04.2005
Veröffentlichungen
P.D. Yoder, M.I. Vexler, A.F. Shulekin, N. Asli, S.V. Gastev, L.V. Grekhov, P. Seegebrecht, S.E. Tyaginov, H. Zimmermann,
Luminescence spectra of an Al/SiO2/p-Si tunnel metal-oxide-semiconductor structure, J. Appl. Phys. (083511), 98,
1 - 12 (2005)
K. von Arnim, E. Borinski, P. Seegebrecht, H. Fiedler, R. Brederlow, R. Thewes, J. Berthold, C. Pacha, Efficiency of Body
Biasing in 90-nm CMOS for Low-Power Digital Circuits, IEEE J. Solid-State Circuits, 40, 1549 - 1556 (2005)
M. Wiatr, P. Seegebrecht, Impact of floating silicon film on small-signal parameters of fully depleted SOI-MOSFETs
biased into accumulation, Solid-State Electronics, 49, 779 - 789 (2005)
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S.E. Tyaginov, N. Asli, M.I. Vexler, A.F. Shulekin, P. Seegebrecht, I.V. Grekhof, Luminescence Intensity Monitoring in a
MOS Tunnel Structure with Inhomogeneous Thickness of the Insulator, Technical Physics Letters, 31, 336 - 338
(2005)
K. von Arnim, P. Seegebrecht, R. Thewes, C. Pacha, A Low-Leakage 2.5 GHz Skewed CMOS 32b Adder for Nanometer
CMOS Technologies, Digest of Technical Papers, IEEE Int. Solid-State Circuit Conference (ISSCC), 48, 380 - 381
(2005)
Präsentationen
P. Seegebrecht, Y. Kreevenko, Zuverlässigkeit hochtemperaturtauglicher Elektronikkomponenten für modulare Mikrosysteme, 5. Statusseminar über modulare Hochtemperaturmechatronik, Dresden, Deutschland, 12.-12.05.2005
P. Seegebrecht
• Mitglied des Vorstandes des German Chapter IEEE-ED
• Mitglied des IQHS Fachausschusses Elektrotechnik
• Gutachter für die Deutsche Forschungsgemeinschaft
• Gutachter für die Fachzeitschrift Solid State Electronics
• Dekan der Technischen Fakultät (2004-2006)
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Halbleitertechnologie
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Prof. Dr. Anton Heuberger ist Leiter des Fraunhofer-Instituts für Siliziumtechnologie (ISIT) in Itzehoe. Das Fraunhofer
ISIT entwickelt und fertigt Bauelemente der Mikroelektronik und der Mikrosystemtechnik, vom Entwurf einschlieÿlich der
Systemsimulation angefangen, über Prototyping, Bemusterung bis hin zur Serienherstellung. Die Bauelemente, Ventile
oder Ablenkspiegel beispielsweise, wie sie im Fraunhofer ISIT entstehen, sind oft nur Bruchteile von Millimetern groÿ
und ihre Einsatzgebiete sind vielfältig: In der Medizin werden sie gebraucht, in der Umwelt- und Verkehrstechnik,
in der Kommunikationstechnik, im Automobil- und im Maschinenbau. Das ISIT entwickelt solche Bauelemente im
Kundenauftrag und realisiert auch die anwendungsspezifischen Schaltkreise (ASIC), die zum Betrieb von Sensoren und
Aktuatoren erforderlich sind. In dieser Dienstleistung eingeschlossen ist die Integration zum Gesamt-Mikrosystem mittels
miniaturisierter Aufbau- und Verbindungstechniken.
Das Institut betreibt zusammen mit der Firma Vishay Semiconductor Itzehoe GmbH eine professionelle Halbleiterproduktionslinie mit allen erforderlichen Qualitäts-Zertifizierungen. Diese Linie wird sowohl für die Produktion von
mikroelektronischen Bauelementen (PowerMOS) und Mikrosystemen als auch für FuE-Projekte für neue Bauelemente und
technologische Prozesse genutzt. Ein Qualitäts-Management-System, zertifiziert nach ISO 9001, ist die Grundlage für die
Entwicklung, Qualifizierung und Herstellung mikrotechnischer Komponenten.
Weitere Arbeitsgruppen am ISIT befassen sich mit der Gehäuse- und Aufbautechnik für Mikrosysteme und Sensoren,
analysieren die Qualität und Zuverlässigkeit von elektronischen Baugruppen und arbeiten an der Entwicklung fortschrittlicher
Energieversorgungskomponenten für elektronische Systeme.
Das Institut beschäftigt insgesamt etwa 150 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter.
Weitere Informationen über die Arbeitsgebiete des Fraunhofer ISIT finden Sie im Internet unter www.isit.fraunhofer.de.
Darüber hinaus gibt das Institut einen eigenen Jahresbericht heraus, der beim ISIT angefordert werden kann.
Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie,
Institutsleitung: Professor Dr. Anton Heuberger
Fraunhoferstr. 1
25524 Itzehoe
Tel. 04821/17-4211 (Sekretariat)
Fax 04821/17-4250
Email [email protected]
Winter 2004/2005
Halbleitertechnologie I, 2 Std. Vorlesung/Woche,
A. Heuberger
Sommer 2005
Halbleitertechnologie II, 2 Std. Vorlesung/Woche,
A. Heuberger
Winter 2005/2006
Halbleitertechnologie I, 2 Std. Vorlesung/Woche,
A. Heuberger
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M. Shakray, Design and Investigation of Microelectromechanical (MEMS) Varactors, 02.05.2005
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Dissertationen
Hochfrequenztechnik
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Die Arbeiten des Lehrstuhls für Hochfrequentechnik der CAU konzentrieren sich auf die Themengebiete UltraBreitbandtechnik'', Verstärkerprinzipien in Hochfrequenz-Kommunikations-Systemen'' und Hochfrequenz-Sensorik'',
verbunden mit Untersuchungen zu Materialien der Hochfrequenztechnik und Materialcharakterisierung. Daneben wird
auch Molekülspektroskopie'' betrieben.
Im Themengebiet Ultra-Breitbandtechnik'' (UWB, ultra-wideband) werden überwiegend kuze Impulse eingesetzt,
die extrem groÿe Bandbreiten aufweisen. Diese Technik steht im Kontrast zur konventionenllen SchmalbandFrequenzbereichselektronik, deren Anwendung bisher in der Elektrotechnik überwiegt. Ultra-Breitbandtechnik gilt als ein
Kandidat zur Realisierung von hochbitratigen drahtlosen Netzwerksystemen. Sie hat in der Öffentlichkeit groÿes Aufsehen
erregt. Datenraten von 1GBit über Weiten von etwa zehn Meter gelten als erreichbar. Am Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik
liegt ein Haupt-Augenmerk auf der Anwendung von UWB Technologie zur spektroskopischen Untersuchung von Materialien
mit gleichzeitiger hochauflösender Lokalisation und auf Innenraum-Radar.
Als Hochfrequenz-Verstärker-Prinzipien werden Verfahren untersucht, mit denen sich hoher Wirkungsgrad mit Verzerrungsfreiheit (Linearität) vereinen lässt. Dies ist in modernen drahtlosen Nachrichtensystemen notwendig, weil zur Modulation
Signale mit Amplituden- und Phasenänderungen verwendet werden. Solche Verstärker-Systeme verbinden gleichzeitig
moderne Digitalelktronik mit Hochfrequenz-Schaltungstechnik.
Die Hochfrequenz-Sensorik'' stellt ein Arbeitsgebiet dar, auf dem der Lehrstuhl über langjährige Erfahrung verfügt. Es
entstanden bereits unter anderem Mikrowellen-Sensoren zur Bestimmung von Stoff-Eigenschaften oder -Zuständen und
solche basierend auf Radarprinzipien, beispielsweise zur Füllstandsmessung in Containern und Lagertanks. Die vorhandene
Erfahrung wird zur Schaffung immer neuer, verbesserter Sensoren eingesetzt.
Ein weiteres Arbeitsfeld am Lehrstuhl ist die Molekülspektroskopie im Mikro- und Submillimeterwellenbereich. Es wird von
Prof. Dr. A. Guarnieri betreut und hat sowohl den Bau von Spektrometern als auch spektroskopische Untersuchungen von
Molekülen zum Gegenstand.
Ergebnisse
Fremdkörperdetektion mit Mikrowellen
Mikrowellen-Sensoren können zur Fremdkörperdetektion eingesetzt werden. Damit lassen sich Materialien hinsichtlich
ihrer Homogenität untersuchen. Es werden dielektrische Kontraste ausgenutzt, die beispielsweise ein Störobjekt in einem
ansonsten homogenen Material verursacht. Die Sensorik arbeitet dabei berührungslos, kontinuierlich und in Echtzeit. Zur
Untersuchung werden nicht, wie sonst üblich, monofrequente kontinuierliche Wellen, sondern ultra-breitband Pulse von
einigen hundert Pikosekunden Länge mit sehr groÿen Bandbreiten verwendet. Dadurch ergeben sich Vorteile bezüglich
der Interaktion mit dielektrischen Körpern und für die nachfolgende Signalverarbeitung. Die Streuung, Laufzeitänderung,
Verformung und Dämpfung der Pulse beim Durchqueren des zu untersuchenden Materials lässt Rückschlüsse auf die
Existenz von Störungen, aber auch auf deren Ort und dielektrische Eigenschaften zu. Da geringfügige Änderungen der
Materialeigenschaften jedoch noch keine der gesuchten Störungen darstellen und daher das Untersuchungsergebnis
nicht beeinflussen sollen, wird eine gleitende Messung durchgeführt. Auf Referenz- oder Leermessungen wird nicht
zurückgegriffen. Anwendung findet die beschriebene Technik für zerstörungsfreie Materialuntersuchungen, aber auch bei
der Überwachung von Bauwerken, bei Qualitätstests und für Bewegungserkennung.
Photonische Kristalle
In Kooperation mit dem Lehrstuhl für Allgemeine Materialwissenschaft wurden im Jahre 2004 begonnene Untersuchungen
von photonischen Kristallen aus Aluminium-Oxid-Stäben weitergeführt. Die ähnlich Linsen strukturierten Kristalle weisen
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einen Berechnungsindex (n < 1) auf. Sie werden mit einer ebenen Welle bestrahlt. Die Feldverteilung im Raum dahinter
wird untersucht.
In einem Absorberraum, der den Einfluss störender Felder abschirmt und interne Reflexionen minimiert, wurden zahlreiche
photonische Kristalle platziert. Die elektrische Feldverteilung wurde sowohl für transversal elektrische als auch für transversal
magnetische Polarisation auf einer Fläche von 800 mm x 600 mm mit einem Punktabstand von 5 mm gemessen (22701
Messpunkte). Die gemessene Wellenlänge betrug λ = 2, 5...5, 5 cm. Es zeigte sich, dass durch den Brechungsindex
(n < 1) trotz einer konkaven Form der untersuchten Kristalle für bestimmte Wellenlängen ein Brennpunkt vorliegt (s.
Abb. 1).
Abb. 1: Bei der Wellenlänge λ=2.65 gemessene elektrische Feldverteilung hinter einem photonischen Kristall mit
hexagonaler Gitterstruktur. Deutlich ist der Brennpunkt zu erkennen.
Ferner stellte sich heraus, dass bei den photonischen Kristallen bei weiterhin ordnungsgemäÿer Funktion eine gewisse
Toleranz der Position der Stäbe gegenüber Abweichungen von ihrem idealen Wert besteht. Dies ist für eine mögliche
spätere Anwendung in optischen Chips von Bedeutung, wenn photonische Kristalle z.B. durch Plasmaätzung hergestellt
werden sollen.
Die zeitaufwändigen Messreihen werden noch fortgesetzt. Am Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik wurde ein neuer
Feldscanner entwickelt, der einen gröÿeren Aktionsradius hat, weniger störende Reflexionen verursacht und die Messreihen
zügiger durchführt.
Mikrowellenspektroskopie im Zeitbereich
In den vergangenen Jahren wurden Methoden zur Bestimmung der Materialeigenschaften von Naturstoffen mit Hilfe von
ultra-breitbandigen Zeitbereichsmessverfahren entwickelt. Diese wurden sowohl im Bereich der Lebensmittelanalytik als
auch zur Untersuchung von Baumaterialien eingesetzt. Die Methoden nutzen extrem steilflankige Sprungsignale (Time
Domain Reflectometry, TDR) bzw. Basisbandimpulse. Die Verformung der Messsignale aufgrund der frequenzabhängigen
dielektrischen Eigenschaften der untersuchten Materialien wird mittels multivariater Statistik bzw. künstlicher neuronaler
Netze ausgewertet.
Der im Rahmen des von der Europäischen Union geförderten Projekts SEQUID entwickelte TDR-Prototyp zur Bestimmung
von Lebensmittelqualität wird nun bezüglich praktischer Anwendbarkeit (mechanische Robustheit, Umgebungsfeuchtigkeit,
Temperaturstabilität) und automatisierter Fertigung weiterentwickelt. Dazu werden moderne integrierte Schaltkreise
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genutzt, um eine gröÿtmögliche Integration der verschiedenen Baugruppen zu erreichen. Auÿerdem wird dadurch ein
kompakter Aufbau der Hochfrequenzbaugruppe erreicht, welcher in einem wasserdichten Kompaktgehäuse zudem sehr
gute EMV-Eigenschaften aufweist.
Linearisierte Leistungsverstärker mit hohem Wirkungsgrad
In diesem Projekt werden prinzipielle Untersuchungen zur Verbesserung des Wirkungsgrades sowie zur Linearisierung von
Leistungsverstärkern für zukünftige Anwendungen in digitalen Kommunikationssystemen untersucht. Der Schwerpunkt liegt
hier bei dem Mobilfunkstandard WCDMA (UMTS). Aufgrund der neben einer vorhandenen Phasenmodulation ausgeprägten
zusätzlichen Amplitudenmodulation werden die Endverstärkerstufen in einem Leistungsbereich betrieben, der ca. 5-10
dB unterhalb der eigentlichen Spitzenleistung liegt (back-off). Dadurch steigt bei üblichen Verstärkerrealisierungen die
Leistungsaufnahme. Der damit verbundene Wirkungsgrad wird rapide reduziert. Ein interessanter Ansatz zur Verbesserung
der Effizienz ist die reaktive Ausgangskopplung zweier Leistungsverstärker, wodurch der Wirkungsgrad im back-off erhöht
werden kann. Diese reaktive sogenannte Chireix''-Kopplung kann im Zusammenhang mit LINC (Linear Amplification using
Nonlinear Components) Verstärkerverfahren angewendet werden. Hierbei wird ein amplituden- und phasen-moduliertes
Signal in zwei ausschlieÿlich phasenmodulierte (PM) Signale mit konstanten Einhüllenden separiert. Die beiden PM-Signale
können nun mit zwei bei konstanter Amplitude betriebenen Verstärkern, die nichtlinear sein können und in Kompression
und damit mit maximalem Wirkungsgrad arbeiten, verstärkt werden, ohne dass Intermodulationsverzerrungen auftreten.
Abschlieÿend werden die beiden Signale mittels Vektoraddition wieder zu dem ursprünglichen Signal zusammengesetzt.
Ein am Lehrstuhl entworfener 24W WCDMA Leistungsverstärker mit Chireix Ausgangskopplung ist im Bild 2 abgebildet. Die
beiden Si-LDMOS Transistoren arbeiten in einem effizienten inversen Klasse F Betrieb, der einen hohen Spitzenwirkungsgrad
ermöglicht. Diese Dreitor-Architektur kann in zwei verschiedenen Arbeitsweisen betrieben werden. In einer klassischen
LINC Anwendung wird der Verstärker mittels einer Differenz-Phasenmodulation angesteuert. Der Nachteil hierbei ist,
dass aufgrund der Transistorcharakteristik die gewünschte back-off Wirkungsgraderhöhung nicht erreicht werden kann.
Daneben besteht eine spektral ineffiziente Phasenmodulation, die eine sehr groÿe Bandbreite benötigt. In der zweiten
Betriebsart wird der Verstärker mit dem ursprünglichen modulierten Signal ausgesteuert. Die Chireix Kopplung führt in
diesem Fall zu einer erheblichen Wirkungsgradsteigerung im back-off Bereich, sodass die reaktive Kopplung in diesem
Modus sehr vorteilhaft verwendet werden kann. Das Wirkungsgradverhalten der beiden Betriebsarten ist im Bild 2
dargestellt. Die hiermit verbundenen Verzerrungen durch AM/AM- und AM/PM-Konversion können mit Hilfe einer digitalen
Signal-Vorverzerrung kompensiert werden.
Abb. 2: 24W WCDMA (2.14 GHz) ausgangsseitig reaktiv gekoppelter Leistungsverstärker und Wirkungsgradverhalten
(PAE).
Des Weiteren wurde ein komplettes Sende/Empfangssystem zur Signalgenerierung und messtechnischen Erfassung sowie zur
Verstärkercharakterisierung im Labor entwickelt. Dieses umfasst die breitbandige Basisbandverarbeitung mittels DSP/FPGA
sowie die HF TX/RX Architektur. Ein weiterer Ansatz zur effizienten Verstärkung von amplituden- und phasenmodulierten
Signalen durch Modulation der Betriebsspannung des Verstärkers befindet sich in der Vorbereitung. Hierzu eignen sich
Verfahren wie das Envelope Tracking (ET)'' und das Envelope Elimination and Restoration (EER)''. Für das ET- Verfahren
wird ein kleiner Signalanteil ausgekoppelt und hieraus die Amplitudeninformation der Einhüllenden des modulierten
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Signals ermittelt. Diese wird dann durch einen breitbandigen DC-DC Wandler verstärkt und als Betriebsspannung für
den linearen HF-Verstärker bereitgestellt. Das EER- Verfahren unterscheidet sich dadurch, dass als HF-Verstärker ein
nichtlinearer Verstärker z.B. Klasse-E eingesetzt wird. Hierzu wird das Signal nach der Amplitudenentnahme begrenzt.
Aktueller Forschungsgegenstand ist die Realisierung eines breitbandigen DC-DC Wandlers mittels Klasse-S Modulatoren.
Molekülspektroskopie
Die Molekülspektroskopie im Bereich der Millimeter- und Submillimeterwellenlängen (von Herrn Prof. Guarnieri
durchgeführt) beschäftigt sich mit der rotationsspektroskopischen Untersuchung isolierter Moleküle in der Gasphase. In
diesem Aggregationszustand befinden sich die Moleküle in einer stetigen Bewegung passend zu ihrer thermischen Energie.
Ein Teil davon wird als Rotationsenergie gespeichert.
Im Rahmen der Molekülspektroskopie ist die Bestimmung der Rotationsparameter seltener Keten-isotopomere
(D213 CCO, D2 C 13 CO, D2 CC 18 O und DHCCO) abgeschlossen. Die Arbeit wurde in der Zeitschrift
für Naturforschung A publiziert (siehe Bibliographie).
Die Aktivität hat sich weiter auf die Steigerung des Auflösungsvermögens des Millimeter- und Submillimeterwellenspektrometers konzentriert, um sehr genaue Messungen der Übergangsabsorptionensfrequenzen zu gestalten. Zu diesem Zweck
wurde auch ein von der DFG finanziertes Kooperationsprojekt mit dem Institut für angewandte Physik der Russischen
Akademie der Wissenschaften in Nizhnii Novgorod begonnen.
Beobachtungen im Millimeter- und Submillimeterwellenbereich haben zur Entdeckung von hunderten verschiedenen
Molekülen in den interstellaren Wolken geführt. Die Laborspektren solcher Moleküle im Millimeter- und SubmillimeterwellenBereich mit einer Genauigkeit ≤ 1 kHz sind heute deshalb für astrophysikalische Untersuchungen sehr gefragt. Das
hiesige Spektrometer im Submillimeterbereich wurde zu diesem Zweck mit Komponenten ergänzt, die die Aufnahme
von Lamb-Digs-Spektren der Absorptionslinien erlaubt haben. Diese Technik hat das Absorptionszentrum der Linien mit
Genauigkeiten ≤ 1 kHz erlaubt. Eine entsprechende Arbeit ist im Journal of Molecular Spectroscopy erschienen (siehe
Bibliographie).
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. R. Knöchel; Sekretariat: M. Bork
Technisches Personal: Dipl.-Ing. (FH) W. Taute
Dr.-Ing. F. Daschner
01.01.-31.12.2005
CAU
Mikrowellensensoren mit multivariaten statistischen Auswerteverfahren / Messung der Feldverteilung photonischer
Kristalle
Dipl.-Ing. W. Gerhard
Verstärker mit hohem Wirkungsgrad
01.01.-31.08.2005
CAU
Dipl.-Ing. W. Gerhard
01.09.-31.12.2005
fremd
Dipl.-Ing. A. Gülck
01.01.-31.12.2005
Identifikation von Objekten durch Mikrowellenstreuung
CAU
Dr. A. Huckauf
Submillimeter-Spektroskopie
01.01.-31.12.2005
fremd
Dipl.-Ing. T. Lehmann
Ultrabreitband-Sensorik
15.07.-31.12.2005
BIS
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tf
Abb. 3: Am 8.7.2005 wurde eine Studentenexkursion zu der Firma Atlas-Elektronik nach Bremen durchgeführt.
Dipl.-Ing. T. Lehmann
Chireix-Verstärker
01.01.-14.07.2005
TuTech
Dipl.-Ing. O. Schimmer
Ultrabreitband-Sensorik
01.01.-31.12.2005
CAU
Winter 2004/2005
Leitungstheorie, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Knöchel (+ F. Daschner)
Rauschen in Kommunikations- und Messsystemen, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Knöchel (+ A. Gülck)
Hochfrequenzschaltungen für Mobil- und Satellitenfunk, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Knöchel (+ W. Gerhard)
Hochfrequenzmesstechnik, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Knöchel (+ O. Schimmer)
Radar, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Praktikum Hochfrequenztechnik, 4 Std. Praktikum/Woche,
R. Knöchel (+ F. Daschner, W. Gerhard, A. Gülck, O. Schimmer)
Seminar Hochfrequenztechnik, 1 Std. Seminar/Woche,
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tf
R. Knöchel
Sommer 2005
Nichtlineare Schaltungen, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Hochfrequenztechnik, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Communication Devices II: RF Communication, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Knöchel (+ W. Gerhard)
R. Knöchel (+ T. Lehmann)
R. Knöchel (+ F. Daschner, W. Gerhard, A. Gülck, T. Lehmann, O. Schimmer)
R. Knöchel
Winter 2005/2006
Leitungstheorie, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Rauschen in Kommunikations- und Messsystemen, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Hochfrequenzschaltungen für Mobil- und Satellitenfunk, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Knöchel (+ F. Daschner, W. Gerhard, A. Gülck, T. Lehmann, O. Schimmer)
R. Knöchel
Drittmittel
TuTech, Mikrowellen-Dichtemesssystem, 01.01.2002-31.12.2005 (30000 EUR)
Deutsche Forschungsgemeinschaft, Aufbau und Optimierung von Spektrometern für den Submillimeterwellen-Bereich
sowie rotationsspektroskopische Messungen an interstellaren Spezies, 01.11.2003-31.10.2005 (6000 EUR)
TuTech, Linearisierung von Leistungsverstärkern, 01.01.-31.07.2005 (27500 EUR)
Q-Bioanalytic / ChiPro GmbH, Dielektrisches Zeitbereichsreflektometer (Q-Check), 01.05.2005-30.04.2007 (95000
EUR)
Q-Bioanalytic / ChiPro GmbH, Untersuchung des Reifegrades von Früchten (B-Ripe), 01.05.2005-30.04.2007 (49000
EUR)
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Mit dem Lehrstuhl für Allgemeine Materialwissenschaften'' (Prof. Föll) der Technischen Fakultät der CAU besteht
eine intensive Zusammenarbeit im Bereich Photonische Kristalle''. Realisierte derartige Kristalle werden am Lehrstuhl für
Hochfrequenztechnik hinsichtlich der Feldverteilung im echofreien Raum charakterisiert.
Mit der Kharkov National University (KNU) , Kharkov, Ukraine, assoziiert mit den Forschungsinstituten der ukrainischen
Akademie der Wissenschaften Institute of Radiophysics (IRE)'', Prof. Shchegoleva und Prof. Khlopov, und dem Institute of
Radioastronomy (IRA)'', Prof. Vavriv, besteht eine Kooperation hinsichtlich Radiophysik und Radioelektronik, Radartechnik
und biologischen Wirkungen elektromagnetischer Wellen und Felder, sowie im Rahmen des Leonard Euler Programmes
des Deutschen Akademischen Austauschdienstes (DAAD).
Mit der Technischen Universität Hamburg Harburg , Prof. Dr. A. Jacob und Prof. Dr. K. Schünemann, besteht
Zusammenarbeit in den Bereichen Mikrowellenkomponenten'', Mikrowellen-Messtechnik'' und Radartechnik''.
Mit dem Applied Physics Institute der Russian Academy of Science (Dr. Gera Golubjatnikov und Dr. Vladimir Markov)
besteht eine Zusammenarbeit bezüglich Submillimeter-Schaltungstechnik und Molekülspektroskopie.
Kooperation über Mikrowellensensorik'' für Anwendungen im Bereich Lebensmitteltechnik im Rahmen von Nacharbeiten
des Projektes SEQUID und für Support von Messgeräte-Prototypen besteht mit der Bundesforschungsanstalt für
Ernährung und Lebensmittel - Forschungsbereich Fischqualität, Hamburg , Prof. Dr. J. Oehlenschläger, dem
Swedish Institute for Food and Biotechnology, SIK, Göteborg, Schweden , U.K. Berger, dem CSIC - Instituto
del Frio Consejo Superior de Investigationes Cientificas, Spanien , Dr. Tejada, und dem IPIMAR - Instituto de
Investigacao das Pescas e do Mar - Departemento de Inovacao Tecnologica e Valorizacao dos Produtos da
Pesca, Portugal , Dr. Nunes.
Mit der Firma Q-Bioanalytic , Bremerhaven, besteht eine Kooperation zur Entwicklung von Zeitbereichs-Messgeräten zur
Qualitätsbestimmung von Lebensmitteln.
Mit der Firma AMS - Advanced Microwave Systems , Elmshorn besteht eine Kooperation über Feuchte- und
Dichtemesstechnik mit Mikrowellen''.
Mit der Firma Trützschler , Mönchengladbach wird zusammengearbeitet hinsichtlich hochgenauer Dichtemessung an
Fasern im Bereich des Textilmaschinenbaus.
In Zusammenarbeit mit der Firma Reemtsma werden Möglichkeiten der elektromagnetischen Massedurchflussmessung
untersucht.
S. Kolodzik, Entwicklung eines Transmissionsmesssystems bei 24 GHz, 20.06.2005
T. Schwenck, Untersuchung von Linearisierungsverfahren für LINC-Sender, 26.08.2005
Mukesh Patel, Investigation and FPGA Implementation of Predisfortion for Future UMTS LINC Transmitters, 21.11.2005
M. Albrecht, Entwicklung eines Hochspannungs-Pulsgenerators im Nanosekundenbereich, 23.12.2005
Veröffentlichungen
O. Schimmer, A. Gülck, F. Daschner, J. Piotrowski, R. Knöchel, Non-contacting Determination of Moisture Content in Bulk
Materials using Sub-Nanosecond UWB-Pulses, IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, Vol. 53, No. 6, Part
2, 2107 - 2113 (2005)
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A. Gülck, T. Lehmann, R. Knöchel, Non-contacting Localisation of Dielectric Objects with UWB-Pulses, Proc. 1st German
Microwave Conference, Ulm, 247 - 249 (2005)
O. Schimmer, R. Knöchel, Comparison of Free Space Reflection and Transmission Time-Domain Measurements for the
Determination of the Moisture Content of Bulk Materials, Proc. 6th International Conference on Electromagnetic
Wave Interaction with Water and Moist Substances, Weimar, 197 - 205 (2005)
M. Kent, R. Knöchel, F. Daschner, O. Schimmer, J. Oehlenschläger, S. Mierke-Klemeyer, M. Kroeger, U.-K. Barr, P.
Floberg, M. Tejada, A. Huidobro, L. Nunes, A. Martins, I. Batista, C. Cardoso, Intangible but not Intractable: The
Prediction of Food 'Quality' Variables Using Dielectric Spectroscopy, Proc. 6th International Conference on
Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances, Weimar, 347 - 356 (2005)
R. Knöchel, W. Taute, C. Döscher, Trough Guide Ring Resonator for Precision Microwave Moisture and Density
Measurements, Proc. 6th International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist
Substances, Weimar, 251 - 257 (2005)
W. Gerhard, R. Knöchel, LINC Digital Component Separator for Single and Multicarrier W-CDMA-Signals, IEEE Trans.
Microwave Theory and Techniques, vol. 53, no. 1, 274 - 282 (2005)
W. Gerhard, R. Knöchel, Prediction of bandwith requirements for a digitally based WCDMA phase modulated outphasing
transmitter, Proceedings of the 8th European Conference on Wireless Technology, Paris, 97 - 100 (2005)
F. Daschner, R. Knöchel, Determination of the Composition of Foodstuffs Using Microwave Dielectric Spectra and
Multivariate Calibration Methods, Electromagnetic Aquametry, Springer, ISBN 3-540-22222-7, 443 - 465 (2005)
E. Foca, H. Föll, F. Daschner, V. V. Sergentu, S. Carstensen, S. Frey, R. Knöchel, I. M. Tinginyanu, Efficient focussing with
a concave lens based on a photonic crystal with an unusual effective index of refraction, Material Research Society,
Spring Meeting, (2005)
M. Kent, R. Knöchel, U.-K. Barr, M. Tejada, L. Nunes, J. Oehlenschläger, SEQUID - A new Method for Measurement of
the Quality of Seafood, Shaker Verlag, ISBN: 3-8322-4159-0, (2005)
W. Gerhard, R. Knöchel, T. Schwenck, Neues Systemkonzept für direkt gekoppelte linearisierte W-CDMA
Leistungsverstärker nach dem LINC-Verfahren, Workshop EEEfCOM, Ulm, (2005)
W. Gerhard, R. Knöchel, Digital Component Separator for future WCDMA LINC Transmitters implemented on a FPGA,
Advances in Radio Science, Vol. 3, 249 - 246 (2005)
A. Gülck, T. Lehmann, R. Knöchel, Characterisation of Dielectric Obstacles Using Ultra-Wideband Techniques, Proceedings
of the 35th European Microwave Conference, Paris, 259 - 262 (2005)
A. Guarnieri, The Millimeterwave Spectrum of Four Rare Ketene Isotopomers, Zeitschrift für Naturforschung, 60a, 619 628 (2005)
W. Gerhard, R. Knöchel, WCDMA Leistungsverstärker mit Phasenauslöschung und software-definierter
Sender/Empfänger-Architektur zur Bestimmung der Vorverzerrungsfunktion, Abstracts: Kleinheubacher Tagung, 41
(2005)
F. Daschner, R. Knöchel, E. Foca, J. Carstensen, V.V. Sergentu, H. Föll, I.M. Tiginyanu, Photonic Crystals as Host Material
for a new Generation of Microwave Components, Abstracts: Kleinheubacher Tagung, 25 (2005)
Reinhard Knöchel, Anwendung der Mikrowellentechnik in der Prozesskontrolle, Kolloquium Prozeÿanalytik, Darmstadt,
17.-18.11.2005, Proceedings on CD, 11 (2005)
G.Yu. Golubiatnikov, A.V. Lapinov, A. Guarnieri, R. Knöchel, Precise Lamb-dip measurements of millimeter and
submillimeter wave rotational transitions of Carbonylsulfid, Journal of Molecular Spectroscopy, 234, 190 - 194
(2005)
Patent-Anmeldungen
Steffen Peters, Reinhard Knöchel et.al., Capteur, hyperfrequence destine a mesurer une propriete dielectrique...,
Französisches Patentamt, 10.02.2005, FR000002866430A1
Steffen Peters, Reinhard Knöchel et.al., Microwave sensor for measuring a dielectric property of a product, Englisches
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Patentamt, 10.02.2005, GB000002411240A
Steffen Peters, Reinhard Knöchel et.al., Microwave sensor and device for microwave sensor, Japanisches Patentamt,
10.02.2005, JP002005241638AA
Steffen Peters, Reinhard Knöchel et.al., Sensor de microondas para medir uma propriedade dielétrica de um ...,
Brasilianisches Patentamt, 11.02.2005, BR000200500383A
Steffen Peters, Reinhard Knöchel et.al., Microwave sensor for measuring a dielectric property of a product,
Amerikanisches Patentamt, 14.02.2005, US020050179443A1
Präsentationen
A. Gülck, Non-contacting Localisation of Dielectric Objects with UWB-Pulses, 1st German Microwave Conference, Ulm,
07.04.2005
O. Schimmer, R. Knöchel, Comparison of Free Space Reflection and Transmission Time-Domain Measurements for the
Determination of the Moisture Content of Bulk Materials, 6th International Conferece on Electromagnetic Wave
Interaction with Water and Moist Substances, Weimar, 29.05.-01.06.2005
W. Gerhard, Neues Systemkonzept für direkt gekoppelte linearisierte W-CDMA Leistungsverstärker nach dem
LINC-Verfahren, EEEfCOM 2005, Ulm, 29.06.2005
F. Daschner, Industrielle Sensoren mt Mikrowellen und Ultrabreitband-Technik, EEEfCOM 2005, Ulm, 30.06.2005
A. Gülck, T. Lehmann, W. Gerhard, Vortrag über Hochfrequenztechnik, Exkursion zu Firma Atlas GmbH, Bremen,
08.07.2005
W. Gerhard, WCDMA Leistungsverstärker mit Phasenauslöschung und software-definierter
Sender/Empfänger-Architektur zur Bestimmung der Vorverzerrungsfunktion, Kleinheubacher Tagung, Miltenberg,
26.09.2005
F. Daschner, R. Knöchel, E. Foca, J. Carstensen, V.V. Sergentu, H. Föll, I.M. Tiginyanu, Photonic Crystals as Host Material
for a new Generation of Microwave Components, Kleinheubacher Tagung, Miltenberg, 27.09.2005
W. Gerhard, Prediction of bandwith requirements for a digitally based WCDMA phase modulated outphasing
transmitter, 8th European Conference on Wireless Technology, Paris, Frankreich, 03.10.2005
A. Gülck, Characterisation of Dielectric Obstacles Using Ultra-Wideband Techniques, 2nd European Radar Conference,
Paris, Frankreich, 06.10.2005
W. Gerhard, System and Design Consicerations for WCDMA outphasing Power Amplifiers, eingeladener Vortrag bei
Philips Semiconductors, Nijmegen, Niederlande, 14.10.2005
M. Kent, R. Knöchel et.al., Intangible but not Intractable: The Prediction of Food 'Quality' Variables Using Dielectric
Spectroscopy, 6th International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances,
Weimar, 29.05.2005
M. Kent, R. Knöchel et. al., Trough Guide Ring Resonator for Precision Microwave Moisture and Density Measurements,
6th International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances, Weimar,
29.05.2005
R. Knöchel, Anwendung der Mikrowellentechnik in der Prozesskontrolle, Kolloquium Prozessanalytik, Darmstadt,
17.11.2005
Dipl.-Ing.Thomas Lehmann erhielt den Preis des Fördervereins der Technischen Fakultät für den besten Diplomaschluss
in Elektrotechnik sowie am 26.11.2005 den Prof. Dr. Werner Petersen-Preis der Technik für hervorragende Diplom- und
Masterarbeiten auf Gebieten der Ingenieurwissenschaften 2005.
Dr.-Ing. Frank Daschner erhielt einen Lehrauftrag zur Durchführung der englischsprachigen Vorlesung Radio Frequencies
I'' an der Fachhochschule Lübeck.
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R. Knöchel ist: Mitglied im Programmkomitee des IEEE International Microwave Symposium'', Mitglied im Fachausschuss
MTT-16 Microwave Systems'' des IEEE, Chairman des Subkomitees Ultra-wideband-Systems'' im Komitee MTT-16 des
IEEE, Mitglied des Technical Coordination Committee (TCC)'' des IEEE-MTT, zuständig für European Liaison'', Mitglied
des Executive Committee'' der International Conference on Ultrawideband'' (ICUWB), Mitglied im editorial board''
der Fachzeitschrift Frequenz'', Mitglied im Fachausschuss 7.3 Mikrowellentechnik'' des VDE, Mitglied in der URSI'',
Kommission A, Assoziiertes Mitglied der European Microwave Association (EuMA)'', Gutachter in der Auswahlkommission
des Deutschen Akademischen Auslandsdienstes (DAAD) für Ausländer aus der Region Nordafrika/Nahost, Gutachter im
Preiskomitee des Schmidt Römhild Technologiepreises'', Reviewer für verschiedene Fachzeitschriften und Konferenzen. Er
diente als Chairman für diverse Sitzungsleitungen bei Konferenzen (u.a. German Microwave Conference, IEEE International
Microwave Symposium, European Microwave Conference). Er ist auÿerdem gemeinsam mit zwei Partnern Guest-editor
eines Sonderheftes über Ultra-wideband der IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques , das Anfang
2006 erscheint.
Der Lehrstuhl wirkte an der Schüler AG Technik mit (Bau von FM-Radios durch die Schüler). Es wurde eine eintägige
Studentenexkursion zu Atlas-Elektronik, Bremen, durchgeführt.
Am Lehrstuhl arbeitend: Prof. A. Guarnieri, Leiter der Arbeitsgruppe Molekülspektroskopie''.
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Informations- und Codierungstheorie
almanach 05
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Die Forschungsaktivitäten der Arbeitsgruppe Informations- und Codierungstheorie (ICT) der Christian-AlbrechtsUniversität (CAU) zu Kiel umfassen drahtlose, digitale Übertragungstechniken. Zu den Kernkompetenzen zählen die
Fachgebiete Kanalcodierung/ decodierung (Turbo-Codes, Decodierung mit Zuverlässigkeitsinformation, Space-Time-Codes),
angewandte Informationstheorie, digitale Modulationsverfahren (adaptive Modulations- und Codierverfahren, OFDM, DSCDMA, IDMA) sowie die Entwicklung von modernen Empfängeralgorithmen (Entzerrung, Kanalschätzung, Synchronisation,
Interferenzunterdrückung). Zu den Anwendungsgebieten zählen terrestrische Mobilfunksysteme (GSM, EDGE, UMTS, WLAN,
nächste Mobilfunkgeneration), akustische Unterwasserkommunikationssysteme, Satellitenmobilfunksysteme sowie digitale
Rundfunk- und Fernsehsysteme.
Die Arbeitsgruppe ICT ist Mitglied des Wireless World Research Forums (WWRF), des Australian Communications Research
Network (ACoRN) und der Exzellenzinitiative `Òzean der Zukunft'' der CAU.
In der Lehre werden die Fächer Kanalcodierung, Informationstheorie und Mobilfunkkommunikation I+II angeboten, seit
dem Wintersemester 2001/02 auch in englischer Sprache im Rahmen des internationalen Masterstudiengangs ``Digital
Communications''. Desweiteren werden Vorlesungen zu System Identification und Digital Satellite Communications in
Form von Lehraufträgen angeboten.
Die Highlights des Jahres 2005 können wie folgt zusammengefasst werden: Eine Mitarbeiterin nahm einen Ruf auf eine
Professur an der Hochschule Bremen an, eine Promotion wurde abgeschlossen, elf Masterstudenten des dritten Jahrgangs
fertigten in der Arbeitsgruppe ICT ihre Masterarbeit an und zweiundzwanzig Veröffentlichungen wurden 2005 publiziert
(u.a. IEEE Wireless Communications Magazine, IEEE Transcations on Information Theory, Annales des Telecommunications,
EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking).
Ergebnisse
Turbo-Codes und Decodierung mit Zuverlässigkeitsinformation
Die parallele Verkettung von systematischen rekursiven Faltungscodierern in Verbindung mit einem iterativen Decodierschema gehört derzeit zu den leistungsfähigsten Codier/Decodierverfahren für stark verrauschte Übertragungskanäle. Aufgrund
des iterativen Decodierschemas werden die Codes auch Turbo-Codes und die Decodierer Turbo-Decodierer genannt. Diese
Klasse von Codes wird beispielsweise im UMTS-Mobilfunksystem eingesetzt.
Während die Codestruktur bereits sehr gut verstanden ist, stellt die Analyse des iterativen Decodierschemas ein
hochaktuelles Forschungsgebiet dar. Zur Untersuchung des Konvergenzverhaltens werden üblicherweise approximative
Verfahren angewendet, sogenannte `èxtrinsic information transfer charts'', die den iterativen Prozess mithilfe des
informationstheoretischen Maÿes der wechselseitigen Information beschreiben.
In der AG wurden Methoden entwickelt, die eine theoretische Fundierung dieser approximativen Verfahren erlauben. Die
Grundidee besteht darin, unabhängige Informationen über das gleiche Ereignis, nämlich ein gesendetes Informationssymbol,
zu kombinieren; für die Gesamtinformation werden dann obere und untere Schranken angegeben, die nur auf den
Teilinformationen aufbauen `Ìnformation'' ist hierbei im Sinne der wechselseitigen Information zu sehen. Für einige
einfache Codes (Wiederholungscodes und Parity-Check-Codes) konnten auf diese Weise analytische Ausdrücke bestimmt
werden.
Blinde und semiblinde Kanalschätzung und Entzerrung
In Mobilfunksystemen wird üblicherweise eine Trainingssequenz verwendet, um den zeitvarianten Übertragungskanal zu
vermessen. Da Trainingssymbole die effektive Datenrate verringern, führt deren Verwendung zu einem Bandbreiteverlust,
der im GSM-System beispielsweise etwa 20% beträgt.
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Eine Alternative besteht darin, den zeitvarianten Übertragungskanal ohne Verwendung von Trainingssymbolen zu schätzen
und anschlieÿend zu entzerren. Diese Alternative bezeichnet man als blinde Kanalschätzung und Entzerrung.
Konventionell geschieht eine blinde Entzerrung unter Verwendung Statistiken höherer Ordnung. Dies bedeutet jedoch eine
Einschränkung hinsichtlich der Datensymbole (z.B. sind Gauÿ-verteilte Datensymbole nicht erlaubt). Ferner ist ein relativ
langes Beobachtungsintervall notwendig, um eine zufrieden stellende Schätzung der Statistik zu erreichen. Dies wiederum
verbietet kurze Datenpakete und/oder zeitlich schnell veränderliche Kanäle.
In der Arbeitsgruppe ICT wurden trellis-basierte blinde Entzerrer für drahtlose Übertragungssysteme mit einer Sendeantenne
und einer Empfangsantenne (SISO-Systeme) entwickelt und untersucht, wobei die blinde Kanalschätzung und
Datendetektion gemeinsam in einem Trellisdiagramm durchgeführt werden. Die resultierenden Entzerrer weisen eine
hervorragende Akquistionsgeschwindigkeit und eine gute Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Bitfehlerrate auf. Darüber
hinaus lassen sich trellis-basierte blinde Entzerrer leicht modifizieren, um Zuverlässigkeitsinformation zu akzeptieren und
an die nächste Verarbeitungsstufe weiterzureichen. Dies ermöglicht die Anwendung des so genannten Turbo-Prinzips in
einem codierten System. Die Arbeiten zur blinden Kanalschätzung und Entzerrung wurden im Rahmen einer Dissertation
abgeschlossen.
Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden zur Zeit Verfahren zur gemeinsamen Kanal- und Datenschätzung für
Mehrantennensysteme (MIMO-Systeme) entwickelt und untersucht. Neben blinden Verfahren werden auch semi-blinde
Verfahren berücksichtigt, d.h. Verfahren bei denen nur einige wenige Trainingssymbole benötigt werden. Insbesondere
Graphen-basierte Empfängeralgorithmen versprechen interessante Ergebnisse.
Space-Time-Codes und Mehrantennensysteme (MIMO-Systeme)
Mobilfunksysteme sind dafür bekannt, dass ihre Übertragungsqualität erheblich unter Signalschwund-Effekten durch
Mehrwegeausbreitung leidet. Die Leistungsfähigkeit von Mobilfunksystemen kann jedoch deutlich gesteigert werden,
indem man mehrere Antennen auf der Sendeseite und/oder der Empfangsseite verwendet.
Eine neuartige Idee ist es, Techniken für Mehrantennen-Systeme auch in so genannten kooperativen Netzen zu verwenden:
In derartigen Netzen gibt es mehrere, räumlich getrennte Sender mit jeweils nur einer Sendeantenne, die kooperieren und
auf diese Weise ein künstliches Mehrantennen-System erzeugen. Aufgrund der räumlichen Trennung der Sender ergeben
sich zahlreiche Herausforderungen, die in konventionellen Mehrantennen-Systemen nicht auftreten. Die Arbeiten sollen in
Kürze durch eine Dissertation abgeschlossen werden.
Gleichkanal-Interferenzunterdrückung
In zellularen GSM/EDGE-Mobilfunknetzen besteht eine groÿe Herausforderung in der Bewältigung ständig wachsender
Nutzerzahlen. Um die Netzkapazität zu vergröÿern, können Netzbetreiber die Zellengröÿe zwar verkleinern und
die Wiederholfrequenz (``re-use factor'') vergröÿern, jedoch wächst dadurch die Interferenz aus Nachbarzellen
gleicher Trägerfrequenz (üblicherweise Gleichkanalinterferenz genannt). Mit konventionellen Empfängern kann keine
zufriedenstellende Qualität erreicht werden. Die Hauptschwierigkeit besteht darin, dass in Mobilfunkgeräten zur Zeit nur
eine Empfangsantenne zur Verfügung steht. Deshalb kann die Interferenz nur schwierig vom Nutzsignal getrennt werden.
In der Arbeitsgruppe ICT wurden zahlreiche nichtlineare Detektionsverfahren entwickelt, mit denen eine Übertragung
selbst dann noch möglich ist, wenn die mittlere Nutzleistung am Empfängereingang genauso groÿ wie die mittlere
Störleistung durch Gleichkanalinterferenz ist. Im Rahmen einer erfolgreichen Industriekooperation wurden Referenzkurven
standardisiert. Ein Detektionsverfahren wurde in Hardware implementiert. Die entwickelten Detektionsverfahren könnten
die nächste GSM/EDGE Handy-Generation revolutionieren.
Adaptive digitale Funkübertragung
Heterogene Kommunikationsnetze zeichnen sich durch eine Vielzahl von Netzarten und eine ständig wachsende Vielzahl
von darin angebotenen Diensten aus. Der in der Arbeitsgruppe ICT verfolgte Ansatz besteht darin, unter Vorgabe
einer dienstabhängigen Fehlerwahrscheinlichkeit die Datenrate der Übertragung zu maximieren und gleichzeitig die
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Sendeleistung zu minimieren.
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Zu diesem Zweck wurde ein adaptives Codemultiplex-basiertes Übertragungssystem entworfen (`àdaptive interleavedivision multiple access''). Die Vorteile bestehen in einer Unabhängigkeit von bisher üblichen starren Modulations- und
Codierungsschemata und der Ausnutzung empfängerseitiger Zuverlässigkeitsinformation. Mögliche Anwendungen finden
sich in Erweiterungen von UMTS, in zukünftigen Mobilfunksystemen der 4. Generation (4G), in ad-hoc Netzwerken,
in drahtlosen LAN Systemen (WLAN), in Sensornetzwerken und in der Unterwasserkommunikation. Die Arbeitsgruppe
hat einen Systementwurf für die zukünftige Mobilfunkgeneration erarbeitet. Aktuelle Arbeiten befassen sich mit der
Codeoptimierung und einer schichtenübergreifenden Systemoptimierung (``cross-layer design'').
Mobile Unterwasserkommunikation
Das Thema der mobilen, akustischen Unterwasserkommunikation wird in der Arbeitsgruppe ICT mit groÿem Interesse
verfolgt und bearbeitet, da es sich um eines der faszinierendsten Übertragungsmedien überhaupt handelt und hervorragend
in die Kieler Infrastruktur passt.
Die Schwierigkeiten begründen sich in einer Mehrwegeausbreitung mit extrem groÿem Produkt aus Delay-Spread und
Doppler-Spread sowie einer extrem groÿen Grundlaufzeit. Im Rahmen eines BMBF-Projekts oblag der Arbeitsgruppe
die Software-Entwicklung eines vollständigen Modems, einschlieÿlich dem Entwurf von geeigneten Algorithmen zur
Modulation/Demodulation, Kanalcodierung/Kanaldecodierung, Entzerrung, Kanalschätzung und Synchronisation. Diese
Arbeiten wurden 2005 abgeschlossen. Aktuelle Arbeiten zum Thema Unterwasserkommunikation befassen sich mit der
Kanalmodellierung und mit adaptiven Algorithmen zur Maximierung der Datenrate bzw. zur Minimierung der Sendeleistung.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. P. A. Höher; Sekretariat: A. Kruse (50%)
Technisches Personal: Dipl.-Ing. T. Rabsch (50%)
Dipl-Ing. J. Araabab
OFDM
01.08.2004-31.12.2005
Prof. Dr.-Ing. S. Badri-Höher
Interferenzunterdrückung
01.01.2003-31.12.2005
Dipl.-Ing. J. Ch. Fricke
Cross-Layer-Optimierung, IDMA
15.09.2004-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. J. Mietzner
Space-Time-Codes
01.08.2001-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. H. Schöneich
01.09.2001-31.12.2005
Adaptive digitale Funkübertragung, IDMA
DFG
M.Sc. T. Wo
01.11.2004-31.12.2005
Semi-blinde Entzerrung und Kanalschätzung
DFG
Winter 2004/2005
Kanalcodierung, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
P.A. Höher (+ und Mitarbeiter)
DFG
(50%)
Industrie
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Mobilfunkkommunikation II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Information Theory and Coding I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Wireless Communications, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
System Identification, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Gerstacker
Communications Lab, 4 Std. Praktikum/Woche,
P.A. Höher (+ U. Heute, W. Rosenkranz, und Mitarbeiter)
Advanced Topics Lab, 4 Std. Praktikum/Woche,
Informationstechnik und Codierung, 1 Std. Seminar/Woche,
P.A. Höher
Sommer 2005
Informationstheorie, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Mobilfunkkommunikation I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Information Theory and Coding II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Digital Satellite Communications, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
S. Badri-Höher
Digital Communications, 4 Std. Seminar/Woche,
P.A. Höher
Winter 2005/2006
Kanalcodierung, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Mobilfunkkommunikation II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Information Theory and Coding I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Wireless Communications, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
System Identification, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Gerstacker
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Advanced Topics Lab, 4 Std. Praktikum/Woche,
P.A. Höher
Drittmittel
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DFG, Interleave-Division Multiple Access mit Anwendung in mobilen Ad-Hoc-Netzwerken (HO 2226/2-2),
01.09.2004-31.08.2006 (ca. 123645 EUR)
DFG, OFDM-Basisbandtechnologien (HO 2226/4), 01.08.2004-31.07.2006 (ca. 123645 EUR)
DFG, Semi-blinde Kanalschätzung für MIMO-Systeme (HO 2226/5), 01.11.2004-31.10.2006 (ca. 123645 EUR)
Industrie, Interferenzunterdrückung, 01.10.2004-30.09.2005 (83520 EUR)
Die Arbeitsgruppe ICT pflegt Kontakte zu vielen universitären Arbeitsgruppen. Unsere derzeitigen Kooperationspartner in
Industrie und Forschungseinrichtungen sind:
• Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DLR), Oberpfaffenhofen
• Deutsche Thomson-Brandt GmbH, Hannover
• DoCoMo Euro Labs, München
• ELAC Nautik GmbH, Kiel
• FWG, Kiel
• Lucent Technologies, Nürnberg
• Marconi Communications, Backnang
• Marum, Bremen
• Siemens AG, München
• Toshiba Telecommunications Research Laboratory, Bristol.
R. Natanarajan, Transmitter and Receiver Concepts for Spatially Correlated Multiple-Input Multiple-Output Channels,
01.01.2005
L. Chen, Soft Adaptive IDMA in Ad-Hoc Networks, 01.04.2005
Q. Liu, Iterative Timing Recovery for Coin Disc Systems, 01.10.2005
H. Chen, Comparison of Trellis-Based TDMA Multi-User Detectors, 01.11.2005
L. Tran, Design and Analysis of a Trellis-Based Receiver Exploiting Dual Polarization, 01.11.2005
M. Butt, Adaptive Hybrid Automatic Repeat Request Schemes for Interleave-Division Multiple Access, 01.11.2005
D. Dimitrov, Evolution of the GSM/EDGE Radio Access Network, 01.11.2005
R. Lu, Carrier Phase, Frequency, and Clock Synchronization for OFDM Signals in the Presence of Nonlinear Distortions,
01.11.2005
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Y. Ruan, Channel Coding for Interleave-Division Multiple Access Systems, 01.11.2005
Y. Wang, Channel Estimation for Interleave-Division Multiple Access Systems, 01.11.2005
S. Jiang, Graph-Based MIMO Equalization, 01.11.2005
Dissertationen
X.M. Chen, Trellis-Based Joint Data/Channel Estimation for Differentially Encoded SISO and MIMO Systems,
21.02.2005
Veröffentlichungen
I. Land, S. Huettinger, P.A. Hoeher, J. Huber, Bounds on mutual information for simple codes using information
combining, Annales des Telecommmunications, 60, 184 - 214 (2005)
I. Land, S. Huettinger, P.A. Hoeher, J. Huber, Bounds on information combining, IEEE Transactions on Information
Theory, 51, 612 - 619 (2005)
J.Ch. Fricke, M. Sandell, J. Mietzner, P.A. Hoeher, On the soft outputs provided by the probabilistic data association
MIMO decoder, Proc. Wnterschool on Coding and Information Theory, Bratislava, 67 (2005)
T. Wo, P.A. Hoeher, Semi-blind channel estimation for frequency-selective MIMO systems, Proc. Wnterschool on Coding
and Information Theory, Bratislava, 61 - 65 (2005)
J. Huber, T. Hehn, I. Land, P.A. Hoeher, Mutual information profile of a BISMC with applications, Proc. Conf. Inform.
Sciences and Systems (CISS), The Johns Hopkins University, Baltimore, (2005)
P.A. Hoeher, S. Badri-Hoeher, W. Xu, C. Krakowski, Single-antenna co-channel interference cancellation for TDMA cellular
radio systems, IEEE Wireless Communications, 12, 30 - 37 (2005)
X.-M. Chen, P.A. Hoeher, Trellis-based iterative adaptive blind sequence estimation for uncoded/coded systems with
differential precoding, EURASIP Journal on Applied Signal Processing, 2005, 828 - 843 (2005)
P.A. Hoeher, Akustische Unterwasserkommunikation: Wie wir von den Meeressäugern lernen können, Christiana
Albertina: Forschungen und Berichte aus der Christian-Albrechts-Universtät zu Kiel, 60, 6 - 16 (2005)
S. Badri-Hoeher, P.A. Hoeher, C. Krakowski, W. Xu, Impulse response shortening for multiple co-channels, Proc. IEEE
International Conference on Communications (ICC), Seoul, Korea, 1896 - 1900 (2005)
J. Mietzner, P.A. Hoeher, On the duality of wireless systems with multiple cooperating transmitters and wireless systems
with correlated antennas, Proc. 14th IST Mobile and Wireless Communications Summit, Dresden, (2005)
J. Mietzner, S. Badri-Hoeher, P.A. Hoeher, Prefiltering and trellis-based equalization for sparse ISI channels, Proc. 14th
IST Mobile and Wireless Communications Summit, Dresden, (2005)
J.Ch. Fricke, P.A. Hoeher, H. Schoeneich, An interleave-division multiple access based system proposal for the 4G uplink,
Proc. 14th IST Mobile and Wireless Communications Summit, Dresden, (2005)
H.D. Han, P.A. Hoeher, Simultaneous predistortion and nonlinear detection for nonlinearly distorted OFDM signals, Proc.
14th IST Mobile and Wireless Communications Summit, Dresden, (2005)
T. Wo, P.A. Hoeher, Semi-blind channel estimation for frequency-selective MIMO systems, Proc. 14th IST Mobile and
Wireless Communications Summit, Dresden, (2005)
J.Ch. Fricke, P.A. Hoeher, H. Schoeneich, An uplink proposal based on interleave-division multiple access, Proc. Wireless
World Research Forum 14th Meeting, San Diego, (2005)
J. Fricke, P.A. Hoeher, H. Schoeneich, A system proposal for the 4G uplink based on interleave-division multiple access,
Proc. 2005 4GMF Annual Conference (4GMF2005), San Diego, (2005)
J. Mietzner, S. Badri-Hoeher, I. Land, P.A. Hoeher, Equalization of sparse intersymbol-interference channels revisited,
Proc. IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), (2005)
H. Schoeneich, P.A. Hoeher, J. Fricke, Adaptive 4G uplink proposal based on interleave-division multiple access, Proc.
28th General Assembly of International Union of Radio Science (URSI GA), New Delhi, (2005)
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J. Fricke, M. Sandell, J. Mietzner, P.A. Hoeher, Impact of the Gaussian approximation on the performance of the
probabilistic data association MIMO decoder, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2005,
796 - 800 (2005)
H. Schoeneich, P.A. Hoeher, Semi-blind pilot-layer aided channel estimation with emphasis on interleave-division
multiple access systems, Proc. IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM), St. Louis, (2005)
X.-M. Chen, Trellis-based joint data/channel estimation for differentially encoded SISO and MIMO systems,
Shaker-Verlag, (2005)
I. Land, Reliability information in channel decoding: practical aspects and information theoretical bounds,
Shaker-Verlag, (2005)
Präsentationen
J.Ch. Fricke, On the soft outputs provided by the probabilistic data association MIMO decoder, Winterschool on Coding
and Information Theory, Bratislava, Slovakia, 21.02.2005
H. Schoeneich, Pilot-layer aided channel estimation (PLACE), DFG-Kolloquium, Karlsruhe, 01.02.2005
J.Ch. Fricke, A system proposal for the 4G uplink based on interleave-division multiple access, 4GMF Annual Conference
(4GMF2005), San Diego, USA, 07.07.2005
J.Ch. Fricke, An uplink proposal based on interleave-division multiple access, Wireless World Research Forum 14th
Meeting (WWRF14), San Diego, USA, 08.07.2005
H. Schoeneich, An interleave-division multiple access based system proposal for the 4G uplink, IST Mobile and Wireless
Commun. Summit 2005, Dresden, 21.06.2005
J. Mietzner, Prefiltering and trellis-based equalization for sparse ISI channels, IST Mobile and Wireless Commun. Summit
2005, Dresden, 21.06.2005
J. Mietzner, On the duality of wireless systems with multiple cooperating transmitters and wireless systems with
correlated antennas, IST Mobile and Wireless Communic. Summit 2005, Dresden, 21.06.2005
J.Ch. Fricke, An uplink proposal based on interleave-division multiple access, Kommunikation im Kleinwalsertal,
Hirschegg, Österreich, 20.07.2005
H. Schoeneich, Pilot-layer-aided channel estimation in IDMA systems (How to enjoy fast fading), Kommunikation im
Kleinwalsertal, Hirschegg, Österreich, 20.07.2005
J. Mietzner, Space-time coding in compact and in distributed multiple-antenna systems, Kommunikation im
Kleinwalsertal, Hirschegg, Österreich, 20.07.2005
J. Mietzner, Diversitätstechniken: Übertragungskonzepte für räumlich korrelierte Mehrantennen-Systeme:
System-Performance und Einfluss von Schätzfehlern, Kommunikation imKleinwalsertal, Hirschegg, Österreich,
20.07.2005
J. Mietzner, Space-time coding in compact and in distributed multiple-antenna systems, Macquarie University, Sydney,
Australien, 31.08.2005
J. Mietzner, Trellis-based equallization for sparse ISI channels revisited, IEEE Int. Symp. Inform. Theory (ISIT'05),
Adelaide, Australien, 05.09.2005
H. Schoeneich, Adaptive 4G uplink proposal based on interleave-division multiple access, URSI General Assembly 2005,
Neu Delhi, Indien, 01.10.2005
J. Mietzner, Diversitätstechniken: Ein robustes Senderkonzept für räumllich korrelierte Mehrantennen-Systeme, BenQ
Mobile, München, 28.10.2005
H. Schoeneich, Semi-blind pilot-layer aided channel estimation with emphasis on interleave-division multiple access
systems, IEEE GLOBECOM'05, St. Louis, USA, 30.11.2005
T. Wo, Semi-blind channel estimation for MIMO systems, Winterschool on Coding and Information Theory, Bratislava,
Slovakia, 21.02.2005
T. Wo, Semi-blind channel estimation for frequency-selective MIMO systems, IST Mobile and Wireless Communic.
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Summit 2005, Dresden, 21.06.2005
P.A. Hoeher, Impulse response shortening for multiple co-channels, IEEE Int. Conf. Commun. (ICC'05), Seoul, Korea,
01.05.2005
P.A. Hoeher, Simultaneous predistortion and nonlinear detection for nonlinearly distorted OFDM signals, IST Mobile and
Wireless Communic. Summit 2005, Dresden, 21.06.2005
P.A. Hoeher, Interleave-division multiple access: A potential air interface for the 4G uplink and wireless LANs, Toshiba
Research Labs, Bristol, UK, 01.06.2005
P.A. Hoeher, Interleave-division multiple access - Theory and applications, Kommunikation im Kleinwalsertal, Hirschegg,
Österreich, 20.07.2005
Prof. Dr. Peter Adam Höher war als Gutachter u.a. für den Bundesgerichtshof in Karlsruhe, das Landgericht Mannheim,
die Deutsche Forschungsgemeinschaft in Bonn, die Akkreditierungsagentur für Studiengänge der Ingenieurwissenschaften,
der Informatik, der Naturwissenschaften und der Mathematik e.V. (ASIIN) in Düsseldorf, die German-Israeli Foundation
for Scientific Research & Development (GIF) in Jerusalem, das Swedish Research Council in Stockholm, und das Italian
Ministry for Education, University and Research (MIUR) in Rom tätig.
Die Arbeitsgruppe ICT hat auch 2005 wieder den traditionellen Workshop ``Kommunikation im Kleinwalsertal (KiK)'' in
Hirschegg, Österreich, organisiert. Am Workshop nahmen Kollegen der Universitäten Aalborg, Bremen, Erlangen-Nürnberg
und Kiel teil, sowie Vertreter der Firmen Deutsche Thomson-Brandt GmbH und Siemens AG. Es wurden 19 Fachvorträge
gehalten.
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Leistungselektronik und Elektrische Antriebe
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Das Jahr 2005 war gekennzeichnet durch intensive Forschungsarbeit, die Ergebnisse sind wieder an der Qualität und Anzahl
der Veröffentlichungen messbar. Es arbeiteten vier, ab November fünf wissenschaftliche Mitarbeiter voll am Lehrstuhl,
denen Anfang 2006 bis zu drei weitere folgen sollen.
Nach der Ausdehnung der Arbeitsgebiete im Jahr 2003 auf neuartige Stromrichter und solche für regenerative Energien
sowie Arbeiten zur Diagnose elektrischer Antriebe im Jahr 2004 wurden im Jahr 2005 weitere Arbeitsfelder begonnen.
Forschungsarbeiten auf dem Gebiet des fehlertoleranten Betriebs eines Umrichterantriebs sind angelaufen (DFG). Arbeiten
zur Anwendung moderner Regelungstechnik bei elektrischen Antrieben sind in der Startphase. Hier bemühen wir uns
derzeit besonders, notwendige Anwendungen zu ermitteln. Das Kompetenzzentrum Windenergie Schleswig-Holstein,
Forschungsnetzwerk der Hochschulen , in dem der Lehrstuhl Mitglied ist, hat seine Aktivitäten verstärkt und u.a. ein
Symposium Windenergie ausgerichtet (Herbst 2005). Ein Verbundforschungsprogramm wird gefördert. In diesem Rahmen
werden Forschungsarbeiten zu Umrichter-Generatorsystemen für Windkraftanlagen auf See Anfang 2006 starten. Ebenfalls
für Windkraftanlagen wird ein Industrieforschungsvorhaben zur Energieleitung über Hochspannung-Gleichstromübertragung
gestartet.
In der Lehre haben wir unser bisheriges Angebot weiter durchgeführt und um eine Veranstaltung Anwendung von
Leistungshalbleitern erweitert, mit Unterstützung des gesamten Teams.
Wir konnten ein DFG-Vorhaben, die Finanzierung für eine Doktorandenstelle aus der Industrie und für zwei Stellen über
EU-/Landesmittel gewinnen. Ein mittleres Industrieprojekt wurde erfolgreich beendet, kleinere Industrieprojekte wurden
durchgeführt.
Ergebnisse
Vergleichende Untersuchung netzseitiger Puls-Stromrichter mit Spannungs-und Stromeinprägung und mit IGBTLeistungshalbleitern bei Drehstromantrieben (Bierhoff). Frequenzumrichter unterscheiden sich in ihren gängigen
Topologien (dreiphasige Drehstrombrückenschaltungen) in erster Linie durch die Wahl des Energiespeichermediums für
den Zwischenkreis und werden daher in zwei Gruppen unterteilt: Umrichter mit Strom- bzw. Spannungszwischenkreis. Zur
Verringerung von Netzrückwirkungen werden heutzutage vermehrt sogenannte aktive Gleichrichter, die Netzpulsstromrichter,
verwendet, um den Netzstrom bzw. die Netzspannung für den Zwischenkreis gleichzurichten. Ziel dieser Forschungsarbeit
ist es, diese beiden unterschiedlichen Umrichtertopologien hinsichtlich wichtiger Betriebsparameter zu untersuchen und
miteinander zu vergleichen. Eine bedeutende Eigenschaft sind die Oberschwingungen, die durch diese Netzpulsstromrichter
generiert werden. Im vergangenen Jahr wurden vergleichende Untersuchungen der Oberschwingungen bei U- und
I-Umrichter jeweils an der Wechselstrom- wie an der Drehstromseite durchgeführt. Es konnte analytisch - bestätigt
durch Messergebnisse - gezeigt werden, dass U- wie I-Pulsstromrichter direkt an den Anschlüssen prinzipiell gleiches
Oberschwingungsverhalten aufgrund ihrer Dualität aufweisen. Lediglich die Modulationsart bestimmt das Spektrum von
Spannung/Strom am Drehstrom-Ausgang des U/I-Umrichters bzw. das Spektrum von Strom/Spannung im Zwischenkreis
von U- und I-Umrichter.
Stromrichter zur Wandlung regenerativer Energie - Brennstoffzellen (Mohr). Brennstoffzellen wandeln chemische
Energie aus Brennstoffen, wie beispielsweise Wasserstoff, direkt in elektrische Energie um. Dabei erreichen sie
Wirkungsgrade, die über denen von Energiewandlungssystemen liegen, die auf einem thermodynamischen Kreisprozess
beruhen. Aufgrund der hohen Effizienz stellen sie daher eine Alternative zu herkömmlichen Energiewandlungssystemen dar.
Soll eine Brennstoffzelle Energie in das Verbrauchsnetz einspeisen, so muss der Gleichstrom der Brennstoffzelle in einen in
Frequenz und Amplitude zum Verbrauchsnetz passenden Drehstrom umgewandelt werden. Der Wechselrichter hat ferner die
Aufgabe, die von der Brennstoffzelle bereitgestellte Spannung, die leistungsabhängig stark variiert, an die Spannung des
Versorgungsnetzes anzupassen. Die Ergebnisse der vergleichenden Untersuchung von Wechselrichtern mittlerer Leistung von
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Abb. 1: Bild: Normierte Oberschwingungen beim Umrichter mit Spannungseinprägung und Stromeinprägung; links: Auf
der DS-Seite (U-System uL , I-System iL), rechts: auf der GS-Seite (U-System iC, I-System uLd) bei einem
Phasenverschiebungswinkel von M = 0◦
27 kW bei Spannungen von 100 V bis 700 V mit eingeprägtem Strom und von Wechselrichtern mit eingeprägter Spannung
mit vorgeschaltetem Hochsetzsteller (engl. boost chopper) wurden in diesem Jahr veröffentlicht. Die Untersuchungen
zeigten Nachteile für den Wechselrichter mit eingeprägtem Strom. Obwohl er vom Prinzip her als hochsetzender
Stromrichter gut geeignet ist, ist die Bauleistung der Leistungshalbleiter sehr hoch. Die Alternative, der Wechselrichter
mit eingeprägter Spannung mit vorgeschaltetem Hochsetzsteller, wurde deshalb weiter verfolgt. Bei verhältnismäÿig
niedrigen Eingangsspannungen, wie sie in Brennstoffzellensystemen vorkommen können, steigen hier die Belastungen
des untersuchten Hochsetzstellers stark an. Für die Anpassung der dann sehr unterschiedlichen Spannungsebenen bieten
sich Umrichter mit hochfrequent betriebenen Transformatoren an. Die Anpassung der unterschiedlichen Spannungen
erfolgt dabei über das Wicklungsverhältnis der Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators. Zusätzlich bieten
diese Umrichter eine galvanische Trennung zwischen der Brennstoffzelle und dem Stromnetz. Verschiedene Typen dieser
Umrichter mit Hochfrequenz-Transformator wurden analytisch in Bezug auf deren Eignung an Brennstoffzellen bei mittleren
Leistungen untersucht. Labormuster zur praktischen Untersuchung befinden sich derzeit in der Aufbauphase.
Abb. 2: Bild: Bezogene Bauleistung der Leistungshalbleiter PSC, total /PINV für U-Umr. und Chopper sowie I-Umr.
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Matrixumrichter (Boll). Als Umrichter ohne wesentliche Energie-Speicherelemente sind Matrixumrichter von Interesse,
vorerst aber in der Forschung oder für Sonderanwendungen. Die Arbeit am Matrixumrichter konzentriert sich auf Schutz- und
Regelungskonzepte. Eine Übersicht zu direkten Regelverfahren wurde erstellt. Dazu wurden die Simulationen fortgeführt.
Der Schwerpunkt lag in diesem Jahr auf dem Aufbau eines dreiphasigen Steuerungs- und Leistungsteils, aufbauend auf
dem einphasigen Aufbau des letzten Jahres. Die Arbeiten wurden weitgehend abgeschlossen. Herr Boll hat die Chance
wahrgenommen, für sechs Monate ab November 2005 im Rahmen eines Marie-Curie-Stipendiums seine Kenntnisse im
Zentrum der Forschung an Matrixumrichtern an der Universität Nottingham zu vervollständigen und seine Erfahrungen
einzubringen.
Fehlertolerante Regelung einer doppeltgespeisten Asynchronmaschine (Rothenhagen). Aus Fördermitteln der
Deutschen Forschungsgemeinschaft ist die Arbeit an einem neuen Arbeitsgebiet am Lehrstuhl aufgenommen worden,
das sich mit den Möglichkeiten zu fehlertoleranter Regelung einer doppeltgespeisten Asynchronmaschine befasst. Für
die Regelung dieses drehzahlveränderlichen Antriebes werden verschiedene Sensorsignale wie Spannung, Strom oder
Drehzahl benötigt. Bei Ausfall eines Sensors ist ein Weiterbetrieb des Antriebs in der Regel nicht mehr möglich. Es ist
beabsichtigt, durch Einsatz eines Bilinearen Beobachters zum einen aussagekräftige Residuen zur Sensorfehler-Detektion
bereitzustellen, zum anderen virtuelle Sensorsignale zu gewinnen, um die Regelung trotz eines Sensorausfalles mit
den virtuellen Signalen oder mit Umschaltung der Regelungsstruktur in Betrieb halten zu können. Eine theoretische
Herleitung und umfangreiche Simulationen sind abgeschlossen. In nächster Zeit sollen die erlangten Erkenntnisse durch
Implementation an einem Prüfstand validiert werden.
Abb. 3: Bild: Bilinearer Zustandsbeobachter für eine doppeltgespeiste Asynchronmaschine (oben: reales Antriebssystem;
unten: Modell des Antriebs; rechts: Nachführung des Modells, bilinear, d.h. linear (A) und doppelt linear (N · ω))
Moderne Steuer- und Regelungsverfahren bei Stromrichtern und elektrischen Antrieben (Dannehl). Moderne
Regelungsverfahren, zum Beispiel auf der Basis der Darstellung im Zustandsraum, sind in der Regelungstechnik seit
langer Zeit bekannt und Gegenstand von Untersuchungen und Weiterentwicklungen. Diese Verfahren werden vereinzelt
und vorwiegend in Forschungsprojekten auch für Stromrichter und elektrische Antriebe eingesetzt. Dabei müssen die
Verfahren auf die Besonderheiten der Antriebssysteme ausgerichtet werden. Es werden Vorteile in Bezug auf Robustheit,
Dynamik oder Beherrschung problematischer Prozesse oder komplexer Systeme erwartet. Dem steht der im Allgemeinen
hohe Aufwand für die Einführung, die hohe erforderliche Rechenkapazität und die aufwendige Inbetriebnahme gegenüber.
Am Lehrstuhl wurde die Untersuchung moderner Steuer- und Regelungsverfahren für Stromrichter und elektrische
Antriebe neu aufgenommen. Bestandteil früherer Untersuchungen war die optimale Regelung des stromeinprägenden
IGBT-Umrichters. Die heutigen Schwerpunkte lagen zunächst allgemein in der Übersicht, Analyse und Vergleich moderner
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Regelungsverfahren. Es wurden dazu grundlegende, theoretische Untersuchungen und mit ausgewählten Verfahren
Simulationen zur (nichtlinearen) Drehzahl- und Flussregelung der Asynchronmaschine durchgeführt. Für ausgewählte
Regelungsverfahren werden weitergehende Untersuchungen zum Einsatz an elektrischen Antrieben folgen.
Leistungselektronik-Generatorsysteme in Windkraftanlagen (Rothenhagen). Als Start der Arbeiten wurde eine
Übersicht zu Leistungselektronik-Generatorsystemen für Windkraftanlagen auf See mit Einschätzungen zur Abführung der
Leistung an Land und zur Zuverlässigkeit und Notwendigkeit des Condition Monitoring und der Diagnose erarbeitet und
publiziert.
Diagnose bei Stromrichterfehlern Die Arbeiten wurden abgeschlossen, nachfolgende zur Diagnose bei Stromrichtern in
Windkraftanlagen auf See werden folgen.
Steuerung und Regelung von Drehstromantrieben mit stromeinprägendem IGBT-Umrichter (Haberberger).
Das Vorhaben wurde mit begrenztem Aufwand weitergeführt.
Industrieprojekt: Lagegeberlose Feldorientierte Regelung von Asynchronmaschinen (Rothenhagen). Abschluss
des Industrieprojektes zur Untersuchung von Eigenschaften der feldorientierten Regelung mit einem speziellen
Drehzahlschätzer.
Industrieprojekte: Charakterisierungen und Untersuchungen zum optimalen Einsatz von IGBT und MOSFET
und Ansteuerschaltungen in Umrichtern (Mohr). Ausarbeitung und Mustererstellung zu aktiver Gateansteuerung für
IGBTs. Charakterisierung des dynamischen Verhaltens von MOSFET.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. F.W. Fuchs; Sekretariat: Petra Bekendorf
Technisches Personal: B. Doneit
Dipl.-Ing. (FH) M. Bierhoff
01.01.-31.12.2005
Vergleich Netzstromrichter mit Spannungs- und Stromeinprägung
CAU
Dipl.-Ing. J. Boll
Matrix-Umrichter
CAU
01.01.-31.12.2005
Dipl.-Ing. J. Dannehl
01.11.-31.12.2005 (50%)
Industrie
Moderne Steuer- und Regelungsverfahren bei Stromrichtern und elektrischen Antrieben
Dipl.-Ing. M. Mohr
Umrichter für die Regenerative Energie
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. K. Rothenhagen
Diagnose/Sensorlose Regelung
01.02.-31.12.2005
Industrie/DFG
Winter 2004/2005
Leistungselektronik I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
F.W. Fuchs (+ M. Mohr)
Leistungselektronik III, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
F.W. Fuchs (+ M. Bierhoff)
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Regelung elektrischer Antriebe, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
F.W. Fuchs (+ J. Boll)
Seminar Leistungselektronik, 2 Std. Seminar/Woche,
F.W. Fuchs
Exkursion Leistungselektronik, 1 Std. Exkursion/Woche,
F.W. Fuchs
Sommer 2005
Einführung in die Elektrische Energietechnik, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
F.W. Fuchs (+ J. Boll, M. Mohr, K. Rothenhagen)
Leistungselektronik II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
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Elektrische Umformung regenerativer Energie, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Praktikum Leistungselektronik, 4 Std. Praktikum/Woche,
F.W. Fuchs (+ M. Mohr, M. Bierhoff, J. Boll, K. Rothenhagen)
F.W. Fuchs
F.W. Fuchs
Leistungshalbleiteranwendungen, 1 Std. Vorlesung/Woche,
F.W. Fuchs (+ M. Bierhoff, J. Boll, M. Mohr)
Winter 2005/2006
Leistungselektronik I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Leistungselektronik III, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Regelung elektrischer Antriebe, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
F.W. Fuchs (+ J. Dannehl)
F.W. Fuchs
F.W. Fuchs
Drittmittel
Alstom Power Conversion GmbH, Entwicklung, Normungsarbeit, 01.01.-31.12.2005 (4000 EUR)
Danfoss Silicon Power GmbH, Untersuchung an MOSFET, 01.03.-31.05.2005 (3200 EUR)
Danfoss Silicon Power GmbH, Tests an MOSFET-Modulen im Rückwärtsbetrieb, 01.06.-31.12.2005 (3300 EUR)
DFG, Fehlertoleranter Betrieb der doppeltgespeisten Asynchronmaschine bei Sensorfehlern durch Rekonfiguration der
Regelung, 01.06.2005-31.05.2007 (133000 EUR)
Jungheinrich AG, Entwicklung, Regelungstechnische Untersuchungen, 01.09.2004-31.01.2005 (25000 EUR)
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ESF/Innovationsfonds, Condition Monitoring und Diagnose in Leistungselektronik-Generatorsystemen von
Windkraftanlagen, 01.01.2005-31.12.2007 (160000 EUR)
ESF/Innovationsfonds, Leistungselektronik-Generatorsysteme in Windkraftanlagen, 01.01.-31.12.2005 (160000 EUR)
Mitarbeit im Verbundprojekt Kompetenzzentrum Windenergie Schleswig-Holstein zusammen mit 10 Fachhochschulen
und Universitäten. Ziel ist der Aufbau von Verbindungen zwischen Hochschulen und der Windenergiebranche zur
Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen, zur Entwicklung von Ausbildungs- und Qualifizierungsangeboten,
zur Entwicklung von Beratungsdienstleistungen, zur Initiierung von Forschungs- und Entwicklungsprojekten und zur
Entwicklung von Produkten.
Mitwirkung in einem Netzwerk Leistungselektronik, Forschung der Universitäten Aachen, Bremen, Chemnitz, Darmstadt,
Siegen, Wuppertal zur Diskussion und Umsetzung neuer Forschungsideen.
Regelmäÿige gemeinsame Kolloquien der Leistungselektronik-Lehrstühle der Universitäten Bremen, Magdeburg, Hannover
und Kiel (Leistungselektronik Nord).
Kontakte zu diversen Industriefirmen zwecks Kennenlernen und Projektanbahnung.
Durchführung kleinerer und eines mittleren Industrieprojektes.
J. Dannehl, Übersicht, Analyse und Auswahl von modernen Steuer- und Regelungsverfahren für Stromrichter und
elektrische Antriebe, 15.10.2005
V. Dinkhauser, Auswahl, Programmierung und Inbetriebnahme eines Raumzeiger-Modulationsverfahrens für einen
dreiphasigen Matrixumrichter (SA), 19.08.2005
A. Knop, Aufbau und Inbetriebnahme eines einphasigen Matrixumrichters (SA), 15.12.2005
A. Knop, Realisierung einer Feldorientierten Regelung für eine doppeltgespeiste Asynchronmaschine mit Umrichter im
Rotorkreis, 08.11.2005
M. Wiersbinski, Aufbau und Programmierung einer allgemeinen Ansteuereinheit zur Realisierung unterschiedlicher
PWM-Verfahren für Strom- und Spannungszwischenkreisumrichter, 15.06.2005
S. Jensen, Aufbau und Inbetriebnahme eines Antriebs mit gleichstromerregter Synchronmaschine, maschinenseitigem
Pulsumrichter und netzseitigem Diodenstromrichter (SA), 31.12.2005
Veröffentlichungen
M. Bierhoff, S. Pischke, F.W. Fuchs, Theoretical Output Current Spectra of Three Phase Current Source Converters,
European Conference on Power Electronics and Drives, Dresden, Proceedings on CD, (2005)
M. Bierhoff, F.W. Fuchs, Analytical Evaluation of the Total Harmonic Current in Three Phase Voltage and Current Source
Converters, European Conference on Power Electronics and Drives, Dresden, Proceedings on CD, (2005)
M. Bierhoff, F.W. Fuchs, Berechnungsverfahren für Stromoberschwingungen bei dreiphasigen PWM-Umrichtern mit
Strom- und Spannungszwischenkreis, VDE/ETG-Kongress, Dresden, Proceedings auf CD, (2005)
M. Bierhoff, F.W. Fuchs, The generically equal harmonic behavior of three phase PWM voltage and current source
converters Power Electronics and Intelligent Control for Energy Conservation, Warschau, Proceedings on CD, (2005)
M. Bierhoff, F.W. Fuchs, DC Link Harmonics of Three Phase Voltage Source Converters Influenced by the Pulse Width
Modulation Strategy - an Analysis, 31 st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society,
06.-10.11.2005, Raleigh, North Carolina, Proceedings on CD, (2005)
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J. Boll, F.W. Fuchs, Direct Control Methods for Matrix Converter and Induction Machine, ISIE05 IEEE Symposium on
Industrial Electronics, 20.-23.06.2005, Dubrovnik, Croatia, Proceedings on CD, (2005)
M. Mohr, F.W. Fuchs, Comparison of Three Phase Current Source Inverters and Voltage Source Inverters Linked with DC
to DC Boost Converters for Fuel Cell Generation Systems, EPE 2005, European Conference on Power Electronics and
Applications, 11.-14.09.2005, Dresden, Germany, Proceedings on CD, (2005)
K. Rothenhagen, F.W. Fuchs, Performance of Diagnosis Methods for IGBT Open Circuit Faults in Three Phase Voltage
Source Inverters for AC Variable Speed Drives, EPE 2005, European Conference on Power Electronics and
Applications, 11 .-14.09.2005, Dresden, Germany, Proceedings on CD, (2005)
K. Rothenhagen, F.W. Fuchs, Leistungselektronik-Generatorsysteme für Windkraftanlagen auf See, 9. Energietechnisches
Forum der Fachhochschule Kiel, 15.-16.11.2005, Kiel, Proceedings auf CD, (2005)
Gremienarbeit (Prof. Fuchs)
Leiter Prüfungsausschuss Wirtschaftsingenieurwesen Elektrotechnik und Informationstechnik. Der erste Wirtschaftsingenieur
der CAU, Carsten Lehmann, hat sein Studium im Sommer 2005 erfolgreich abgeschlossen.
Obmann und deutscher Sprecher in internationalen Gremien (IEC) der Normungskomitees Leistungselektronik (K331) der
Deutschen Kommission Elektrotechnik (DKE)
Gutachter Session Chair, z.T. Topic Chair (PESC- EPE-, IECON-Konferenzen, IEEE Transactions on Power Electronics)
Infrastruktur
Aufbau und Inbetriebnahme von zwei weiteren Antriebsständen (22 KW), mit doppeltgespeister Asynchronmaschine und
mit fremderregter Synchronmaschine.
Installation der Anbindung von Labormessgeräten über GPIB-Bus.
Beiträge zur Aussendarstellung der Technischen Fakultät
girls day (CAU, Informatik; Energiefahrrad, Vortrag zum Studium)
go for hightech (Industriemesse Hannover, geführte Schülerfahrt)
Berufsinformationsbörsen (IHK, 4 Kieler Gymnasien)
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Nachrichten- und Übertragungstechnik
Forschungsschwerpunkte:
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- Optische Nachrichtenübertragung (Messtechnik, Prototypen-Evaluierung, Simulation von hochbitratigen Übertragungssystemen, optische Verstärker für WDM, Entzerrung optischer Übertragungskanäle, neue Modulationsformate, Kanalcodierung,
WDM-Netzwerke)
- Simulation und Modellierung nachrichtentechnischer Systeme (Entwicklung und Anwendung eines modularen
Simulationssoftwarepaketes auf Systemebene)
- Synchronisationsaufgaben der Nachrichtentechnik (Takt- und Trägersynchronisation, PLL-Anwendung)
Ergebnisse
Multi Mode Faser
Neben der Standard Single Mode Faser (SSMF), die im optischen Weitverkehrsnetz und in Metropolitan Area Networks
(MAN) eingesetzt wird, wurden neuartige Experimente auf der Multi-Mode Faser (MMF) durchgeführt, die aufgrund ihrer
günstigen Herstellungsweise deutlich an Bedeutung gewonnen hat. Grundsätzlich wird die MMF hauptsächlich in Local
Area Networks (LAN) bis zu einer Übertragungsreichweite von 300 m eingesetzt. Neben der günstigen Herstellung und
einfachen Installationsmöglichkeiten ist die MMF durch einen deutlich gröÿeren Kerndurchmesser charakterisiert, der
eine Ausbreitung von vielen verschiedenen Moden innerhalb der Glasfaser verursacht. Diese Tatsache führt dazu, dass
die Übertragungsqualität primär durch die Modendispersion signifikant reduziert wird. Am Lehrstuhl für Nachrichtenund Übertragungstechnik ist es gelungen, mit bestimmten Einkopplungspositionen am Sender und selektierenden
Empfangsbereichen am Empfänger einerseits die Modendispersion signifikant zu reduzieren und andererseits Mode
Multiplexing bei einer sehr hohen Datenrate von 10 Gb/s zu realisieren. Beim Mode Multiplexing werden zwei
unterschiedliche Signale mit unterschiedlichen Moden (z.B. Signal 1 wird mit Moden hoher Ordnung und Signal 2 mit
Moden niedriger Ordnung übertragen, siehe Abbildung 1) übertragen,
Abb. 1: Augendiagramme für Signal 1 und Signal 2 nach 300 m Übertragung
wobei ausgenutzt wird, dass die Moden mit hoher Ordnungszahl im äuÿeren Bereich und die Moden mit niedriger
Ordnungszahl im Inneren des Kerns übertragen werden. Mit Hilfe dieser Technik wurde die Übertragungskapazität der
MMF verdoppelt.
Kanalentzerrung
In diesem Themenbereich werden Ansätze zur Entzerrung des optischen Übertragungskanals sowohl im optischen Bereich
als auch im elektrischen Bereich nach der optisch/elektrischen Wandlung im Empfänger behandelt.
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Für die Kanalentzerrung in der Weitverkehrsübertragung wurden optische Filter, vor allem in Transversalstruktur, behandelt.
Dabei können die Filterkoeffizienten über Beeinflussung von Koppelverhältnissen durch Thermoelemente eingestellt und
die Entzerrung adaptiv an veränderliche Kanaleigenschaften angepasst werden. Es wurden verschiedene Adaptionskriterien
untersucht. Als besonders leistungsfähig erweisen sich hier Adaptionsverfahren, die den Intersymbolinterferenzfehler
minimieren. Damit sind dann auch Kanalverzerrungen unabhängig von der physikalischen Ursache des Degradationseffektes
möglich, wie zum Beispiel die Entzerrung von chromatischer Dispersion, von Polarisationsmodendispersion und von
Selbstphasenmodulation. Die Untersuchungen werden in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner durchgeführt.
Ein anderer Anwendungsbereich für Entzerrer ist die optische Kurzzstreckenübertragung über Multimode-Glasfasern, z.B.
bei der Rechnervernetzung mit dem Ethernet-Standard. Auch hier werden heute Datenraten von 10 Gb/s und mehr
angestrebt. Die Eigenschaften der Multimodefaser erlauben dabei Übertragungsreichweiten von wenigen 10-Metern. Zur
Reichweitensteigerung werden am Lehrstuhl elektrische Entzerrerstrukturen entwickelt und untersucht. Dabei erweist sich
die Nichtlinearität des Modulations- und Detektionsprozesse als Herausforderung an den Entzerrerentwurf. Entsprechend
wurden nichtlineare Entzerrerstrukturen mit hoher Leistungsfähigkeit entwickelt und im Simulationsmodell getestet.
Recirculating Loop
Der Laboraufbau des Recirculating Loops, einer ringförmig angeordneten Glasfaserübertragungsstrecke zur Emulation
von langen Übertragungsstrecken, wurde weiter untersucht und hinsichtlich der Länge der Gesamtübertragungsstrecke
(Anzahl der Runden) optimiert. Insbesondere wurde dabei die Spanlänge, also die Länge der Standardfaser innerhalb
des Loops, die Anzahl und die Anordnung der optischen Verstärker und der Einsatz von optischen Bandpassfiltern zur
Rauschbegrenzung betrachtet. Eine weitere wichtige Rolle spielen auÿerdem die Eingangsleistungen in die Standardfaser
und die dispersionskompensierende Faser (DCF).
Abb. 2: Aufbau der Recirculating Loop
Simulationswerkzeug
Das am Lehrstuhl entwickelte modulare Simulationswerkzeug zur Systemsimulation von (optischen) Übertragungssystemen wurde weiterentwickelt. Insbesondere sind jetzt durch effiziente Algorithmen Simulationen von sehr seltenen
Fehlerereignissen (zum Beispiel Bitfehlerwahrscheinlichkeiten von 10(-9)) möglich.
Weiterhin wurde der nichtlineare Einfluss der stimulierten Raman Streuung (SRS) in die Simulation aufgenommen.
Die Relevanz der Stimulierten Raman Streuung (SRS) als nichtlinearer elastischer Streuprozess auf der optischen Faser
basiert auf der Tatsache, dass die SRS, im Gegensatz zur Kreuzphasenmodulation (XPM) und Vierwellenmischung (FWM),
bei sehr groÿen Gesamtbandbreiten signifikanten Einfluss auf die Signaldegradation besitzt. Es konnte anhand von
Simulationen gezeigt werden, dass die Aufweitung des `1`-Levels - basierend auf dem SRS-Energietransfer im WDM
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System von Kanälen mit hohen Trägerfrequenzen zu Kanälen mit niedrigen Trägerfrequenzen - bei Verwendung des
RZ-DPSK Modulationsformates nahezu komplett unterdrückt werden kann.
40Gb/s-Übertragungsexperimente
Die messtechnische Ausstattung des Labors Optische Nachrichtentechnik des Lehrstuhls wurde ergänzt, sodass jetzt
auch Untersuchungen bei der extrem hohen Datenrate von 43Gb/s möglich sind. Damit behält der Lehrstuhl seine im
universitären Bereich in Deutschland führende Position bei den messtechnischen Untersuchungsmöglichkeiten und eine
äuÿerst wichtige Basis für weitere Industriekooperationen und Veröffentlichungen bleibt gegeben.
Kohärente optische Empfänger
In heutigen optischen Netzwerken werden hauptsächlich Direktempfänger verwendet. Ein Wechsel auf kohärente
Empfänger hat den Vorteil, dass z.B. eine vollständige Kompensierung der Dispersion im Elektrischen, im Gegensatz zu
Direktempfängern, möglich ist. Ebenso können auch andere Fasereffekte mit konventioneller Elektronik im Elektrischen
entzerrt werden. Auÿerdem haben kohärente Empfänger eine höhere Frequenzselektivität, da im Elektrischen steilere
Filter zur Trennung der einzelnen Kanäle in einem WDM-System verwendet werden können. Dadurch kann der
Kanalabstand in einem WDM-System verringert werden. Allerdings sind Kohärente Empfänger aufwendiger zu realisieren
als Direktempfänger und haben höhere Anforderungen an die Laserlinienbreite, da das empfangene Signal und das Signal
des lokalen Oszillators phasenrichtig überlagert werden muss. Für die Synchronisation der Signale gibt es verschiedene
Möglichkeiten, wie z.B. die Verwendung eines optischen Phasenregelkreises (engl. oPLL) oder die Verwendung eines
digitalen Signalprozessors (engl. DSP), in dem die Phase des Signals bestimmt und korrigiert wird. Der Aufbau eines
Systems mit DSP ist in Abbildung 3 zu sehen.
Abb. 3: Kohärentes System mit DSP. MZM: Mach-zehnder Modulator
Dieser Aufbau kann für alle mehrstufigen phasengetasteten und quadraturamplituden-modulierten Signale (engl. M-PSK
und M-QAM) verwendet werden. Für das jeweilige Modulationsformat muss im Sender nur der Mapper und im Empfänger
nur die Phasenbestimmung in der DSP angepasst werden.
Mehrstufige optische Modulationsformate
In optischen glasfaserbasierten Hochgeschwindigkeitstelekommunikationsnetzen werden heutzutage fast ausschlieÿlich
die Daten mittels einer so genannten Intensitätsmodulation übertragen. Bei dieser einfachen Art der Datenübertragung
wird eine Lichtquelle wie z.B. ein LASER abhängig von den zu übertragenen Daten ein- bzw. ausgeschaltet. Am Empfänger
werden die Lichtinformationen mit Hilfe einer Photodiode ins Elektrische gewandelt, wo die Informationen anschlieÿend
weiterverarbeitet werden. Die Daten werden dabei mit Geschwindigkeiten von bis zu 40Gbit/s pro Kanal übertragen und
stellen auÿergewöhnliche hohe Anforderungen an die verwendete Elektronik. Soll nun die Datenrate pro Kanal auf über
100Gbit/s gesteigert werden, ist es zur Zeit notwendig, so genannte mehrstufige Modulationsformate zu verwenden, da
die notwendige Elektronik nur für Datenraten von bis zu 80Gbit/s erhältlich ist. Bei den mehrstufigen Modulationsformaten
wird zusätzlich zu der Lichtintensität auch die Phase oder die Polarisation des Lichtes abhängig von den Daten moduliert.
In Zusammenarbeit mit dem Research Centre COM der Technischen Universität Dänemark wurden Amplituden- und
Phasenmodulationen sowie Polarisationsmultiplextechniken miteinander kombiniert. Damit wurde messtechnisch im Labor
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ein neuer Geschwindigkeitsweltrekord pro Kanal aufgestellt. Die Datenrate wurde dabei um das sechsfache auf 240Gbit/s
gesteigert indem kommerziell erhältliche 40GHz Elektronik verwendet wurde.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. W. Rosenkranz; Sekretariat: P. Usinger
Technisches Personal: Dipl.-Ing. (FH) S. Robien
Dipl.-Ing. Annika Dochhan
15.01.-31.12.2005
Industrie
M.Sc. P. Faraj
01.07.2002-31.12.2005
BMBF und CAU
Dipl.-Ing. C. Hebebrand
01.11.2003-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. Jochen Leibrich
01.11.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. S. Schöllmann
01.12.2003-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. M. Serbay
01.08.2003-31.12.2005
CAU
M.Sc. C. Xia
01.09.2002-31.12.2005
BMBF und Industrie
Winter 2004/2005
Nachrichtenübertragung II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Rosenkranz (+ M. Serbay)
Optische Kommunikationstechnik, 72 Std. Exkursion/Woche,
W. Rosenkranz
Optische Kommunikationstechnik II (Hochgeschwindigkeitssysteme und Netze), 2 Std. Vorlesung/Woche,
W. Rosenkranz (+ P. Faraj,)
Anleitung zum wissenschaftlichen Arbeiten für Studierende der Elektrotechnik und Informationstechnik, 2 Std. Seminar/
Woche,
W. Rosenkranz
Seminar über ausgewählte Kapitel der Nachrichtentechnik, 3 Std. Seminar/Woche,
W. Rosenkranz
Seminar über Studien- und Diplomarbeiten der Nachrichtentechnik, 2 Std. Seminar/Woche,
W. Rosenkranz
Praktikum Nachrichten- und Informationstechnik, 4 Std. Praktikum/Woche,
W. Rosenkranz
W. Rosenkranz (+ P. Faraj)
Digital Communications, 3 Std. Vorlesung/Woche,
W. Rosenkranz (+ S. Schöllmann)
High-Speed Systems and Networks, 2 Std. Vorlesung/Woche,
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Sommer 2005
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Anleitung zum wissenschaftlichen Arbeiten für Studierende der Elektrotechnik und Informatonstechnik, 2 Std. Seminar/
Woche,
W. Rosenkranz
Nachrichtenübertragung I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Rosenkranz (+ M. Serbay)
Optical Communicatons, 2 Std. Vorlesung/Woche,
Optische Kommunikationstechnik I (Grundlagen und Komponenten, 2 Std. Vorlesung/Woche,
W. Rosenkranz
Topics in Digital and Optical Communications, 3 Std. Seminar/Woche,
W. Rosenkranz
W. Rosenkranz
W. Rosenkranz
Winter 2005/2006
Nachrichtenübertragung II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Rosenkranz (+ C. Hebebrand)
Optische Kommunikationstechnik, 72 Std. Exkursion/Woche,
W. Rosenkranz
Optische Kommunikationstechnik II (Hochgeschwindigkeitssysteme und Netze), 2 Std. Vorlesung/Woche,
Anleitung zum wissenschaftlichen Arbeiten für Studierende der Elektrotechnik und Informationstechnik, 2 Std. Seminar/
Woche,
W. Rosenkranz
W. Rosenkranz
W. Rosenkranz
W. Rosenkranz
Digital Communications, 3 Std. Vorlesung/Woche,
W. Rosenkranz (+ C. Xia)
High-Speed Systems and Networks, 2 Std. Vorlesung/Woche,
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Drittmittel
Industrie, Design-Regeln für optische Weitverkehrssysteme, 01.10.-31.12.2005 (86.768,00)
Industrie, Entwicklung von Methoden und Lösungen zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Transportnetzen,
01.09.-31.12.2005 (120.176,00)
Ivan Garcia, Investigation of optical filtering for a cost efficient upgrade of existing optical transmission systems,
30.11.2005
Lilyana Herrera Moreno, Electrical equalization with D(Q)PSK modulation format in optical communication systems,
15.12.2005
Imran Khan, Investigations of Multi Phase / Amplitude Modulation Formats for Optical Communications, 16.11.2005
Jia Yang, Blind Equalization in Optical Communication Systems, 21.10.2005
Dissertationen
Marc Bohn, Adaptive Entzerrung des Glasfaser-Übertragungskanals mit optischen Filterstrukturen in hochbitratigen
Übertragungssystemen, 21.10.2005
Torsten Wuth, Untersuchungen zur Optischen Einseitenband- und Restseitenbandübertragung in hochbitratigen
optischen Nachrichtensystemen, 31.01.2005
Veröffentlichungen
W. Rosenkranz, Recent Developments in Advanced Optical Communications Networks, (2005)
M. Bohn, W. Rosenkranz, F. Horst, B.J. Offrein, G.-L. Bona, P. Krummrich, Automatic control of optical equalizers, (2005)
S. Schöllmann, O. Jean, W. Rosenkranz, Net Coding Gain of 10.2 dB using an Irregular LDPC Code with a Three
Dimensional Analyser, (2005)
C. Xia, W. Rosenkranz, Statistical Analysis of Electrical Equalization of Differential Mode Delay in MMF Links for
10-Gigabit Ethernet, (2005)
S.L. Jansen, D. van den Borne, C. Climent, M. Serbay, C.-J. Weiske, H. Suche, P.M. Krummrich, S. Spälter, S. Calabró, N.
Hecker-Denschlag, P. Leisching, W. Rosenkranz, W. Sohler, G.D. Khoe, T. Koonen, H. de Waardt, 10,200 km
22x2x10Gbit/s RZ-DQPSK Dense WDM Transmission without Inline Dispersion Compensation through Optical
Phase Conjugation, (2005)
S. Schöllmann, P. Faraj, J. Leibrich, W. Rosenkranz, Vergleich des DPSK und Duobinär Modulationsformates mit FEC für
die kosteneffiziente Optimierung faseroptischer Systme, (2005)
C. Hebebrand, W. Rosenkranz, Untersuchung der Dispersionstoleranz für den nichtlinearen optischen Kanal in
gemischt-modulierten WDM-Systemen, (2005)
C. Xia, M. Ajgaonkar, W. Rosenkranz, On the Performance of the Electrical Equalization Technique in MMF Links for
10-Gigabit Ethernet, (2005)
C. Hebebrand, W. Rosenkranz, Investigations of the Dispersion Tolerance of the Nonlinear Optical Transmission Channel
for Different Modulation formats in a WSM-System, (2005)
C. Xia, W. Rosenkranz, Performance Enhancement for Duobinary Modulation Through Nonlinear Electrical Equalization,
(2005)
W. Rosenkranz, C. Xia, Advanced Electronic Equalization for High-speed Data Transmission over Multi-mode as well as
Single-mode Optical Fibre, (2005)
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M. Serbay, W. Rosenkranz, C. Wree, A. Schöpflin, C.-J. Weiske, P. Krummrich, P. Leisching, D. van den Borne, S.L. Jansen,
G.D. Khoe, Coding Gain of FEC Encoded 21.42Gb/s RZ-DQPSK Using an Electrical Differential Quaternary Precoder,
(2005)
T Tokle, M. Serbay, Y. Geng, J.B. Jensen, W. Rosenkranz, P. Jeppesen, Penalty-free Transmission of Multilevel 240
Gbit/s RZ_DQPSK-ASK using only 40 Gbit/s Equipment, (2005)
S. Schöllmann, J. Leibrich, W. Rosenkranz, 8.4 dB Net Coding Gain Achieved with a Serially Concatenated Coding
Scheme for Differential Quadrature Phase Shift Keyed Optical Systems, (2005)
M. Serbay, C. Wree, W. Rosenkranz, Experimental Investigation of RZ-8DPSK at 3x10.7Gb/s, (2005)
C. Xia, W. Rosekranz, Mitigation of Laser Nonlinearity and Channel ISI Simultaneously by Using Nonlinear Equalization
for 4-ASK Signalling in MMF Links, (2005)
W. Rosenkranz, Introducing Spectrally Efficient Transmission over DWDM Optical Networks: Impact on Subsystems,
(2005)
C. Xia, W. Rosenkranz, Electronic Compensation Techniques for Multi-Mode Transmission Systems, (2005)
M. Serbay, Messtechnische Untersuchungen mehrstufiger Phasenmodulationsformate, (2005)
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Netzwerk- und Systemtheorie
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Der Lehrstuhl besteht seit Oktober 1993. Zu Beginn des Jahres 2005 waren neben dem Leiter und einer Sekretärin
sowie einem für die gesamte Technik verantwortlichen Ingenieur (auch zuständig für die Arbeitsgruppe Informationsund Codierungstheorie (AG-ICT) von Prof. Höher) sieben wissenschaftliche Mitarbeiter beschäftigt, davon drei auf
Landesstellen. Hinzu kamen zwei Gastprofessoren, die ein halbes Jahr bzw. eine Woche mit uns arbeiteten. Tatkräftige
Hilfe kam wiederum von wissenschaftlichen Hilfskräften - insbesondere bei der Erstellung von Skripten, aber auch im
Rahmen der Projektarbeit und der Lehrstuhl-Auÿenpräsentation.
Von abgeschlossenen Dissertationen kann im Jahre 2005 nicht berichtet werden: Bei allen Arbeiten ergaben sich über das
Jahresende hinausreichende Verzögerungen.
Besonders zu erwähnen ist,
- dass der Leiter des LNS im Herbst 2005 zu Vorträgen nach Edinburgh, Schottland, eingeladen wurde; dabei ergab
sich die Gelegenheit, mit der Gruppe um Prof. P. Grant, insbesondere dem früheren LNS-Mitglied Dr. Norbert Görtz,
einen wissenschaftlichen Austausch zu betreiben. Ein 2004 mit Dr. Görtz begonnenes Buchkapitel konnte abschlieÿend
besprochen werden.
- dass Dr. Jörg Kliewer, langjähriger LNS-Mitarbeiter, nach der Rückkehr von einem Forschungsaufenthalt in Southampton,
England, auf der Grundlage eines Forschungsstipendiums der DFG ab April 2005 für zwei Jahre als Gastprofessor an die
University of Notre Dame, USA, ging.
- dass Prof. W. Jin von der Zheijang-Universität in Hangzhou, VR China, von April bis September am LNS zusammen
mit Prof. Heute am Thema Empirische Moden-Zerlegung und Hilbert-Huang-Transformation forschte, insbesondere an
Anwendungen für die Sprachverarbeitung.
- dass Prof. R. Jäntti von der Universität Vaasa, Finnland, eine Woche bei uns war und uns Einblicke in das aktuelle Gebiet
des Radio-Resource Management gab; insbesondere betreute er hierzu zusammen mit Prof. Heute vier Seminarvorträge
im MSc-Programm.
Ergebnisse
Erkenntnisse aus der LNS-Arbeit wurden wieder für Publikationen aufbereitet. Das geschah auf den folgenden Gebieten:
* Gemeinsame Aspekte der Quellen- und Kanalcodierung : Während konventionelle Systeme zur digitalen
Nachrichtenübertragung ausschlieÿlich die explizite Redundanz der Kanalcodierung als Fehlerschutz nutzen, berücksichtigt
die kombinierte Quellen- und Kanaldecodierung zusätzlich die Redundanz, die nach der Quellencodierung in den Sendedaten
verblieben ist. Die am LNS durchgeführten Arbeiten konzentrieren sich hierbei auf den Spezialfall einer Quellencodierung
mit variabler Wortlänge; eine solche Codierung ist gegenüber Übertragungsfehlern an sich extrem empfindlich, wird aber
in diversen Multimedia-Standards verwendet. Für eine gemeinsame Decodierung wird ein iterativer Decodier-Prozess
verwendet, der von der Decodierung sogenannter Turbo-Codes bekannt ist. Wie das Beispiel eines einfachen Systems
zur Bildübertragung zeigt, kann mit Hilfe dieser kombinierten Ansätze und auf der Basis identischer Empfangsdaten ein
deutlicher Qualiätsgewinn gegenüber konventionellen Systemen erzielt werden (s. Abb. 1). Ergebnisse dieser Arbeiten sind
2005 in den IEEE Transactions on Communications und den IEEE Transactions on Wireless Communications erschienen.
* Sprechercharakterisierung : Das Thema einer Ende 2003 abgeschlossenen Dissertation zur Sprecher-Beschreibung
und Sprecher-Umwandlung wurde durch einen im Herbst neu eingestellten wissenschaftlichen Mitarbeiter erneut
aufgegriffen. Hierzu finden Gespräche mit dem Institut für Phonetik der CAU statt mit dem Ziel, die dort vorhandene
Kompetenz zu Fragen der Prosodie zu nutzen.
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Abb. 1: Qualitätsgewinn durch kombinierte Quellen- und Kanaldecodierung: Originalbild (links), konventionelle
Decodierung (mitte) und kombinierte Decodierung (rechts).
* Sprachqualität : Auf einer internationalen Tagung präsentierte Prof. Heute in einem eingeladenen Vortrag unsere
Ansätze und erste Ergebnisse der Arbeiten zum Thema Qualitätsbeurteilung von Telefonsprache . Hier wurde im Januar
mit einem DFG-Vorhaben begonnen, das in enger Zusammenarbeit mit der Gruppe um PD Dr. S. Möller, TU Berlin /
DT-Labs läuft.
* Sprachverbesserung : Prof. Heute erstellte im Sommer ein weiteres Buchkapitel (Wiley-Verlag, voraussichtlich April
2006) zum Stand des Wissens bei Geräuschreduktionstechniken für Sprachsignale. Hieran knüpft seit März 2004 ein
laufendes Forschungsprojekt zur Verbesserung von Breitbandsprache an: In Zukunft wird die klasssiche Telefonbandbreite
von ca. 3.5 kHz mehr und mehr abgelöst durch einen verdoppelten Frequenzbereich. Dadurch erzielt man nahezu
Rundfunk-Qualität beim Telefonieren. Andererseits leidet die Qualität nun noch stärker, wenn neben dem Sprachsignal
auch Störgeräusche das Mikrophon erreichen. Die Projektberabeiterin konnte auf zwei Tagungen über ihre Resultate bei
der verbesserten Schätzung breitbandiger, instationärer Störungen berichten.
* Filterbanksysteme : Auf dem klassischen LNS-Gebiet Frequenzanalyse und Frequenzsynthese mit digitalen
Transformationen und darauf aufbauenden (Polyphasen-) Filterbänken wurde ein vorläufiger Abschluss der Arbeit von
Herrn Rusc an Fragen der Koeffizienten-Quantisierung erreicht. An der Nutzung der Spielräume, die durch die groÿe Varianz
der erreichbaren Qualität (s. Abb. 2) gegeben ist, wird in einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe Diskrete Optimierung
um Prof. A. Srivastav an der CAU gearbeitet.
* Medizinsignal-Verarbeitung : Das früher in unserer Arbeitsgruppe intensiv behandelte Thema Digitale Analyse und
Verarbeitung medizinischer Signale wurde nach dem erfolgreichen Abschluss einer Diplomarbeit erneut aufgegriffen. In
enger Kooperation mit der Psychiatrie der CAU, insbesondere mit Dr. G. Fritzer vom dortigen Schlaflabor, werden EKGs auf
Korrelationen mit den fünf verschiedenen Schlafstadien untersucht; Ziel ist eine Diagnose von Schlafstörungen. In ebenso
guter Zusammenarbeit mit der Neurologie der CAU, hier insbesondere PD Dr. J. Raethjen, untersuchen wir Zusammenhänge
zwischen EEG und EMG von Patienten mit Tremor-Erkrankungen. Hier wurde eine erfolgreiche Master-Thesis durchgeführt,
die nun in eine beginnende Dissertation einmünden soll.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. U. Heute; Sekretariat: A. Kruse (50%)
Technisches Personal: Dipl.-Ing. T. Rabsch (50%)
M.Sc. D. Janardhanan
Sprachverbesserung
01.01.-31.12.2005
Dr.-Ing. J. Kliewer
DSV f. Kommunikationstechnik
01.01.-31.03.2005
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(50%)
Grad.-F.
CAU
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Abb. 2: Auswirkungen der Koeffizienten-Quantisierung in Filterbänken auf die mittlere lineare Verzerrung vor ( E1 )
und nach Rundung ( E1q ) der Werte auf wmin Bits.
Dr.-Ing. T. Ludwig
Sonarsignalverarbeitung
01.01.-31.12.2005
BMV
Dipl.-Ing. T. Rusc
Filterbänke
01.01.-31.03.2005
Dipl.-Ing. K. Scholz
Sprachqualitäts-Messung
01.01.-31.12.2005
DFG
Dipl.-Ing. J. Schwarz
Sprecher-Charakterisierung
15.09.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. R. Thobaben
Quellen- u. Kanalcodierung
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. H. Özer
Medizinsignalverarbeitung
01.01.-31.12.2005
CAU
(50%)
Winter 2004/2005
Systemtheorie, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
U. Heute (+ R. Thobaben)
Advanced Signals and Systems, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
U. Heute (+ K. Scholz)
Applied DSP II: Speech-Signal Processing, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
CAU
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U. Heute (+ U. Heute)
Advanced Digital Signal Processing, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
S. Badri-Höher (+ D. Janardhanan)
Ausgewählte Kapitel der Systemtheorie, 2 Std. Seminar/Woche,
U. Heute
Communications Lab I, 4 Std. Praktikum/Woche,
U. Heute (+ T. Rusc)
Advanced Topics Lab', 4 Std. Praktikum/Woche,
U. Heute (+ K. Scholz, R. Thobaben)
Sommer 2005
Signale und Systeme, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Digitale Signalverarbeitung I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
U. Heute
Systemtheorie, 4 Std. Praktikum/Woche,
U. Heute (+ H. Özer)
Seminar Digital Communications, 2 Std. Seminar/Woche,
U. Heute (+ K. Scholz, D. Janardhanan, H. Özer)
Winter 2005/2006
Systemtheorie, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Advanced Signals and Systems, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Applied DSP II: Speech-Signal Processing, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
U. Heute (+ U. Heute)
Advanced Digital Signal Processing, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
S. Badri-Höher (+ D. Janardhanan)
U. Heute
Communications Lab I, 4 Std. Praktikum/Woche,
U. Heute (+ H. Özer)
Advanced Topics Lab', 4 Std. Praktikum/Woche,
U. Heute (+ K. Scholz, R. Thobaben)
Bundesamt für Wehrtechnik und Beschaffung, Neue Konzepte für die Passiv-Sonar-Signalverarbeitung,
01.01.-31.12.2005 (110580 EURO)
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Drittmittel
DFG, Projekt Sprachqualität, 01.01.-31.12.2005 (48920 EURO)
Ulrich Heute, Spende / Reisemittel, 23.11.2004 (3700 EURO)
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Weiterhin wissenschaftlich intensiv zusammengearbeitet wurde mit der Forschungsanstalt für Wasserschall und Geophysik
(FWG) im Rahmen eines Forschungsprojektes, aus dem ein Mitarbeiter finanziert wird. Darüber hinaus bereitet ein
FWG-Mitarbeiter eine Dissertation zur Frage vor, welche Datenmengen theoretisch über akustische Unterwasser-Kanäle zu
übermitteln sind. Hier bestehen engste Kontakte zur AG-ICT / Prof. Höher.
Die Kooperation mit dem Institut für Kommunikationsakustik (IKA) der Ruhr-Universität Bochum bei der Vorbereitung
des DFG-Projekts zum Thema Sprachqualität wurde auf die TU Berlin übertragen: Unser Partner am IKA, PD Dr. S.
Möller, wurde Leiter einer entsprechenden Arbeitsgruppe, die an der TU beheimatet ist, aber in den Laboren der Deutschen
Telekom ( DT-Labs an der TU Berlin ) arbeitet.
Die seit drei Jahren bestehenden Kontakte zur Universität Vaasa, Finnland, wurden durch einen Kurzaufenthalt von Prof.
Jäntti (im ERASMUS-Rahmen) bei uns verstärkt.
Erste Kontakte mit dem Universitätsklinikum Schleswig-Holstein führten zu gemeinsamen Arbeiten, die fortgeführt werden.
Publikationen sind in Vorbereitung.
H. O. Kaya, Entwicklung eines Interferenzgenerators für Kfz-Radargeräte im 77 GHZ-Bereich, 11.12.2005
M. Muthuraman, Time-Delay Analysis in Complex Cortical Networks, 30.11.2005
Z. Zhou, Investigations of Algorithms for Off-line Speaker Transformation, 21.11.2006
Veröffentlichungen
U. Heute, Speech and Audio Coding - Aiming at High Quality and Low Data Rates., in Communication Acoustics, Ed. J.
Blauert, Springer, Berlin / New York, 339 - 366 (2005)
D. Janardhanan, U. Heute, Wideband Speech Enhancement Using a Modified Noise Estimation, Proceed. ESSV 05/Prag,
Tschechien, 143 - 150 (2005)
J. Kliewer, R. Thobaben, Iterative joint source-channel decoding of variable-length codes using residual source
redundancy., IEEE Transactions on Wireless Communications, 53, 2054 - 2064 (2005)
D. Janardhanan, U. Heute, Wideband Speech Enhancement Using a Robust Noise Estimation., Proceed. DAGA
05/Munich, Germany, 159 - 160 (2005)
U. Heute, S. Möller, K. Scholz, M. Wältermann, Integral and Diagnostic Speech-Quality Measurement: State of the Art,
Problems, and New Approaches., Proceed. Forum Acusticum 05/Budapest,Ungarn, 1695 - 1700 (2005)
R. Thobaben, J. Kliewer, Low Complexity Iterative Joint Source-Channel Decoding for Variable-Length Encoded Markov
Sources, IEEE Transactions on Communications, 53, 2054 - 2064 (2005)
Präsentationen
U. Heute, Integral & Diagnostic Speech Quality Measures., Invited Lecture, University of Edinburgh, Edinburgh,
Schottland, 10.10.2005
U. Heute, Design of Efficient Digital FIR Filters., Invited Lecture, University of Edinburgh, Edinburgh, Schottland,
11.10.2005
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U. Heute, Streitgespräch mit dem Kühlschrank: Maschinen Sprechen und Hören., Societas Christiana-Albertina, CAU,
Kiel, Germany, 25.04.2005
R. Thobaben, Blind Quality Estimation for Corrupted Source Signals Based on A-Posteriori Probabilities, Kolloquium,
Aachen, Germany, 28.02.2005
R. Thobaben, Iterative Quellen- und Kanaldecodierung für Codes variabler Länge - Überblick und Beispiele, Kolloquium,
Aachen, Germany, 01.03.2005
U. Heute, Entwurf quantisierter FIR-Filter, Kolloquium, Aachen, Germany, 28.02.2005
K. Scholz, Sprachcodec-Detection zur Bestimmung der Qualität von Telefonbandsprache, Kolloquium, Aachen, Germany,
01.03.2005
D. Janardhanan, Wideband Speech Enhancement Using a Modified Noise Estimation Method, Kolloquium, Aachen,
Germany, 01.03.2005
H. Özer, Prädiktion von Schlaf-EKGs, Kolloquium, Aachen, Germany, 01.03.2005
Mitgliedschaft U. Heute in folgenden Gremien:
* Redaktion der Universitätszeitschrift Christiana Albertina der CAU
* Ausschuÿ für gute wissenschaftliche Praxis der CAU
* Sprecher der Societas Christiana-Abertina der CAU
* Jury der ISH zum Schmidt-Römhild-Technologiepreis
* Advisory Committee der European Association for Signal, Speech, and Image Processing (EURASIP)
* Editorial Board SIGNAL PROCESSING
* Editorial Board Journal of Applied Signal Processing
* Programmausschuss der European Signal-Processing Conference (EUSIPCO'05), Antalya
* Programmausschuss der Int. Conference on Spoken-Language Processing (ICSLP'05), Lissabon
* Fachausschuss Sprachakustik der Informationstechnischen Gesellschaft (ITG) im VDE
* Fachgruppe Algorithmen der Signalverarbeitung der ITG im VDE
Aktivitäten R. Thobaben als Reviewer für
* IEEE Transactions on Wireless Communications
* IEEE Transactions on Vehicular Technology
* ELSEVIER: Signal Processing: Image Communication - Theory, Techniques & Applications
* Journal of Circuits, Systems, and Computers (JCSC)
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Numerische Feldberechnung
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Die Arbeiten in der Arbeitsgruppe umfassen die analytische und numerische Behandlung elektromagnetischer Felder
und zugehörige Anwendungen zur Lösung technisch relevanter Problemstellungen. Im Bereich der Forschung geht
es dabei um die Entwicklung und Verbesserung von analytischen und numerischen Verfahren zur Feldberechnung
(Multipolanalyse, Finite Differenzen, Finite Elemente, Integralgleichungsverfahren). Schwerpunktmäÿig werden solche
Hybridverfahren betrachtet, die aus geeigneten Kombinationen verschiedener numerischer sowie analytischer Verfahren
mit sich ergänzenden Eigenschaften entstehen. Daneben wird der Einsatz analytischer und numerischer Verfahren bei der
Lösung so genannter kanonischer Probleme untersucht. In der Lehre stehen die Vermittlung der theoretischen Grundlagen
der elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Erscheinungen sowie der wichtigsten numerischen Methoden zur
Feldberechnung im Vordergrund. Daneben werden Lehrveranstaltungen über Mathematische Methoden in der Feldtheorie,
über Multipolmethoden in der Elektrodynamik sowie über Elektromagnetische Verträglichkeit angeboten.
Ergebnisse
a) Effiziente Nahfeld-Fernfeld-Transformation für die FDTD-Methode
Die Multipolanalyse ist eine klassische Technik zur analytischen Darstellung elektromagnetischer (und akustischer) Felder
in Form von Reihenentwicklungen. Es handelt sich dabei um eine orthogonale Zerlegung eines allgemeinen Feldes in
die (kanonischen) Felder von Dipolen, Quadrupolen, Oktopolen, usw., die alle im Ursprung der Multipolentwicklung,
d.h. im Koordinatenursprung lokalisiert sind. Sie wurde erfolgreich eingesetzt zur exakten Lösung einiger klassischer
Randwertprobleme im Frequenzbereich. Im Zusammenhang mit Problemstellungen mit sphärischer Symmetrie ist neben
der Beugung an der ideal leitenden und an der dielektrischen Kugel (Mie'sche Lösung) unter anderem die Beugung am
ideal leitenden Kegel zu nennen.
Die ausgezeichneten mathematischen Eigenschaften der Multipolanalyse werden in dem von der DFG geförderten Forschungsprojekt für Zwecke der Darstellung und Weiterverarbeitung von numerisch berechneten Nahfeldern gewinnbringend
eingesetzt. Bei einer Nahfeld-Fernfeld Transformation im Zeitbereich im Rahmen der FDTD- (Finite-Difference Time-Domain)
Methode wird üblicherweise zunächst unter Anwendung des Äquivalenzprinzips die Wirkung der physikalischen Quellen
durch die Einführung von elektrischen und magnetischen Flächenströmen, welche auf einer geschlossenen, die tatsächlichen
Quellen vollständig umschlieÿenden Oberfläche lokalisiert sind, ersetzt. Nachteilig bei der üblichen Methode ist, dass
eine numerische Integration über alle Punkte der Oberfläche mit den Ersatzquellen prinzipiell für jeden neuen Aufpunkt
neu durchzuführen ist. Mit dem neuen Ansatz wird dieser Nachteil vermieden, wie zunächst für den Frequenzbereich
und später für den Zeitbereich gezeigt werden konnte. Daneben ermöglicht die Multipolentwicklung des Fernfeldes eine
nachträgliche Verbesserung der numerisch erzielten Resultate durch Anwendung einer Raumfrequenz-Tiefpassfilterung.
Diese viel versprechende Multipolschnittstelle für numerische Feldberechnungsverfahren wird weiter untersucht und
ausgebaut, insbesondere soll die Effizienz der im Rahmen der Methode auftretenden numerischen Zeitbereichsfaltung noch
effizienter gestaltet werden.
b) Mehrgitterverfahren bei Wellenausbreitungsproblemen
Seit Dezember 2001 wird innerhalb des DFG-Graduiertenkollegs 357 Effiziente Algorithmen und Mehrskalenmethoden
ein Forschungsvorhaben durchgeführt, bei dem das strukturierte, teils dicht, teils dünn besetzte Gleichungssystem, welches
bei einer hybriden Finite-Elemente und Randelementeformulierung entsteht, unter Verwendung eines dafür geeigneten
Mehrgitterverfahrens effizient gelöst werden soll. Zur Anwendung kommen soll der Algorithmus bei der Untersuchung der
niederfrequenten elektromagnetischen Beeinflussung von biologischem Gewebe. Aufgrund der bei niedrigen Frequenzen
relativ kleinen Wellenzahl (kD < 1; k ist die Wellenzahl, D ist der typische Radius der diskretisierten Struktur) lassen sich
die bei der numerischen Lösung der Helmholtzgleichung mit Mehrgitterverfahren bekannten Konvergenzschwierigkeiten
hier überwinden. Das Forschungsprojekt wurde im Rahmen des Graduiertenkollegs in Abstimmung zwischen den
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Ingenieurwissenschaften und der Mathematik durchgeführt und in 2005 abgeschlossen.
c) Numerische und analytische Untersuchungen zu Schirmung und Schirmdämpfung
Schirmung bildet eine der wichtigsten Maÿnahmen zur Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit von Geräten
und Anlagen. Form und Anordnung der Schirme richten sich nach den mechanischen Erfordernissen und nach dem
betroffenen Frequenzbereich der mutmaÿlichen Störgröÿen. Zur quantitativen Kennzeichnung der Wirksamkeit eines
Schirmes bei niederfrequenten elektrischen und magnetischen Störfeldern wurde die elektrische bzw. die magnetische
Schirmdämpfung definiert. Im Hochfrequenzfall und bei gepulsten (transienten) Störungen sind diese Maÿe jedoch nicht
bzw. nur bedingt geeignet. In dem Forschungsvorhaben werden neue in der Arbeitsgruppe entwickelte und für die
Abb. 1: Magnetische Schirmdämpfung in dB eines (unten) geschlitzten ideal leitenden kreiszlyindrischen Schirmes bei
einer von rechts einfallenden ebenen Welle, deren Magnetfeld in z-Richtung polarisiert ist.
letztgenannten Problemstellungen geeignete Definitionen anhand von konkreten Schirmstrukturen durch Simulation und
Experiment auf ihre praktische Anwendbarkeit untersucht. Insbesondere werden dabei die Ergebnisse bei einer im Nahfeld
befindlichen Störquelle verglichen mit denen, die man bei einer einfallenden ebenen Welle erzielt.
d) Mehrgitterverfahren für die Finite-Difference Time-Domain (FDTD) Methode
Vor allem aufgrund ihrer Flexibilität und leichten Handhabbarkeit hat sich in den letzten Jahren die Methode der finiten
Differenzen zur expliziten Lösung der Maxwellschen Gleichungen im Zeitschrittverfahren durchgesetzt. Diese Methode kann
auch als iteratives Lösungsverfahren interpretiert werden, wobei allerdings jeder einzelne Iterationsschritt (= Zeitschritt)
eine physikalisch sinnvolle Lösung liefert. In dem von der chinesischen Regierung geförderten Forschungsvorhaben
wurde der effiziente Einsatz dieser FDTD-Methode zur Lösung von zeitharmonischen Randwertproblemen anhand eines
zweidimensionalen Problems untersucht: Ähnlich zu den gewöhnlichen Mehrgitterverfahren wird dabei das FDTD-Gitter
immer weiter verfeinert, wobei der auf einer Stufe eingeschwungene Zustand nach einer Prolongation auf dem nächst
feineren Gitter einen optimalen Startwert liefert. Anwendung finden kann das Verfahren u.a. bei der effizienten Untersuchung
hochresonanter Strukturen.
e) Multipolanalyse von Diffraktionskoeffizienten
Die Geometrische Optik findet Anwendung bei der Behandlung von Streuproblemen mit elektrisch groÿen Objekten, d.h.
bei Objekten, deren typische Abmessungen ein Vielfaches der Wellenlänge betragen. Weisen diese Objekte geometrische
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Singularitäten wie Kanten oder Spitzen auf, sind also die Krümmungsradien lokal sehr klein, gilt dort die geometrische
Optik nicht und muss um gewisse Beugungsterme erweitert werden, die durch Diffraktionskoeffizienten gekennzeichnet
werden. Es zeigt sich sogar, dass die assoziierten Feldanteile auÿerhalb der Reflexionsrichtungen dominant das Feld
bestimmen. Diese Diffraktionskoeffizienten werden dabei aus sogenannten Lösungen zu kanonischen Strukturen gewonnen.
Zum Beispiel ist der Kantendiffraktionskoeffizient aus der Reihendarstellung des Beugungsfeldes eines Keils abgeleitet
worden, der zugehörige Spezialfall einer Halbebene wurde von Sommerfeld gelöst. In dem Forschungsvorhaben ist es nun
Abb. 2: Momentaufnahme der elektrische Feldstärke in einer Symmetrieebene eines semi-infiniten elliptischen Kegels bei
einer von oben einfallenden ebenen Welle. Man erkennt Interferenzen im Reflexionsbereich, eine nahezu ungehinderte
ebene Welle im Transmissionsbereich und ein kugelwellenähnlich gebeugtes Feld im Schattengebiet.
gelungen, Diffraktionskoeffizienten aus einer Lösung für den Sektor und für den elliptischen Kegel zu gewinnen. Diese
Strukturen besitzen Spitzen, und die zugehörigen Diffraktionskoeffizienten sollen in dem Vorhaben ermittelt werden. Dazu
wurde eine Reihendarstellung des Feldes in elliptischen Kegelkoordinaten mit Hilfe von die Konvergenz beschleunigenden
Reihentransformationen numerisch ausgewertet. Anwendung finden können die Untersuchungen z.B. zur genaueren
Berechnung des an Flughafeneinrichtungen gestreuten Feldes derjenigen Antennen, die das Instrumentenlandesystem
ermöglichen.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. L. Klinkenbusch; Sekretariat: S. Thielbörger (50%)
Technisches Personal: Dipl.-Ing. J. Buschmann (50%)
Dipl.-Math. J. Adam
Nahfeld-Fernfeld-Transformation
01.01.-31.12.2005
DFG
M. Sc. S. Gheorghe
01.01.-30.09.2005
Mehrgitterverfahren für den Helmholtzoperator
DFG
Dipl.-Ing. C. Möller
Schirmungsanalyse
CAU
01.01.-31.12.2005
Winter 2004/2005
Theoretische Elektrotechnik I, 3 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
L. Klinkenbusch (+ C. Möller)
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Numerische Feldberechnung, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Seminar Feldtheorie, 1 Std. Seminar/Woche,
L. Klinkenbusch
Sommer 2005
Elektromagnetische Verträglichkeit, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Theoretische Elektrotechnik II, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Mathematische Methoden in der Feldtheorie, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
L. Klinkenbusch (+ J. Adam)
Intensivübung Theoretische Elektrotechnik (Blockveranstaltung), 1 Std. Übung/Woche,
L. Klinkenbusch (+ J. Adam, C. Möller)
L. Klinkenbusch
Winter 2005/2006
Theoretische Elektrotechnik I, 3 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
L. Klinkenbusch (+ C. Möller, J. Adam)
L. Klinkenbusch
Numerische Feldberechnung, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Drittmittel
DFG, Projekt Nahfeld-Fernfeld Transformation, 01.01.-31.12.2005 (1/1 BAT IIa + Sach-/Reisemittel)
DFG, Kongressreise Indien, 05.07.2005 (1500 EUR)
1. Prof. Dr. H. Chaloupka, Bergische Universität Wuppertal, Thema: 'Multipolantennen'
2. Prof. Dr. R. Sikora, Technische Universität Szczecin (Stettin), Thema: 'Zerstörungsfreie Methoden der Werkstoffprüfung',
+ ERSASMUS - Partnerschaft
3. Prof. Dr. E. Cardelli, Universität Perugia, ERASMUS-Partnerschaft
4. Prof. Dr. Paul Urbach, TU Delft (NL) und Philips Eindhoven, Gitterstreuung
Dissertationen
C.-C. Oetting, Sphärische Multipolentwicklung einer Nahfeld-Fernfeld Transformation im Zeitbereich, 31.03.2005
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Veröffentlichungen
almanach 05
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C.-C. Oetting, L. Klinkenbusch, Near-to-Far-Field Transformation by a Time-Domain Spherical-Multipole Analysis, IEEE
Transactions on Antennas and Propagation, 6, 2054 - 2063 (2005)
L. Klinkenbusch, On the Shielding Effectiveness of Enclosures, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 3,
589 - 603 (2005)
X. Wu, L. Klinkenbusch, A Simple Multi-Grid Approach for Calculating Time-Harmonic Fields with FDTD, IEEE Microwave
and Wireless Components Letters, 11, 814 - 816 (2005)
L. Klinkenbusch, Electromagnetic Scattering by a Quarter Plane, Proc. of the 2005 IEEE Antennas and Propagation
International Symposium and URSI North American Radio Science Meeting, Washington DC, USA, (2005)
L. Klinkenbusch, M. Zellerhoff, Efficient Analysis of a Two-Dimensional GTEM Cell, Proc. of the 2005 IEEE International
Symposium on Electromagnetic Compatibility, Chicago, USA, 906 - 910 (2005)
L. Klinkenbusch, Electromagnetic Scattering by a Semi-Infinite Elliptic Cone, Proc. (CD) of the 2005 URSI General
Assembly, Neu Delhi, Indien, (2005)
Präsentationen
L. Klinkenbusch, Shielding and Shielding Effectiveness in EMC Analysis (invited), Workshop on Advances in
Electromagnetic Theory, Rostock, 15.04.2005
L. Klinkenbusch, Electromagnetic Scattering by a Semi-Infinite Elliptic Cone (invited), XXVIIIth General Assembly of The
International Union of Radio Science, Neu Delhi, Indien, 23.10.2005
L. Klinkenbusch, Streuung einer ebenen elektromagnetischen Welle an der ideal leitenden Viertelebene (eingeladener
Übersichtsvortrag), Kleinheubacher Tagung, Miltenberg (Bayern), 26.09.2005
Wahl zum Vorsitzenden der Kommission B (Felder und Wellen) im deutschen Landesausschuss der URSI (International
Union of Radio Science) für den Zeitraum 2005-2008,
Erfolgreiche Einwerbung des 2010 'URSI Symposium on Electromagnetic Theory' nach Berlin (als Chairman des Local
Organizing Committee).
Organisation und Leitung (gemeinsam mit P. Uslenghi, University of Illinois at Chicago) einer Sitzung über 'Scattering and
Diffraction' im Rahmen der URSI-Generalversammlung in Neu Delhi, Indien.
Gutachtertätigkeiten, u.a. für: Deutsche Forschungsgemeinschaft, German-Israeli Foundation, Deutscher Akademischer
Austauschdienst, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility,
IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Electrical Engineering, AEÜ.
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Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. H.K. Dirks; Sekretariat: S. Thielbörger (50%)
Technisches Personal: Dipl.-Ing. J. Buschmann (50%)
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tf
Dipl.-Inf. G. Beck
01.01.-31.12.2005
Datenstrukturen und Algorithmen für die Schaltungssimulation
CAU
Dipl.-Ing. E. Hamidovic
01.01.-31.12.2005
Numerische Simulation eingeschwungener Zustände
CAU
Dipl.-Ing. M. Nordhausen
01.01.-31.12.2005
Numerische Simulation eingeschwungener Zustände
CAU
Winter 2004/2005
H.K. Dirks (+ H.K. Dirks, T. Naeve, G. Beck, O. Brandt)
Grundgebiete der Eletrotechnik III, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
H.K. Dirks (+ H.K. Dirks, E. Hamidovic)
Einführung in die numerische Simulation elektronischer Schaltungen, 3 Std. Vorlesung/Woche,
H.K. Dirks
Schaltungssimulation, 4 Std. Praktikum/Woche,
H.K. Dirks (+ E. Hamidovic, G. Beck)
Sommer 2005
Grundgebiete der Elektrotechnik II, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
H.K. Dirks (+ G. Beck, E. Hamidovic)
Intensivübung Grundgebiete der Elektrotechnik I, II, 1 Std. Übung/Woche,
Grundpraktikum für Ingenieure II, 4 Std. Praktikum/Woche,
H.K. Dirks (+ M. Nordhausen)
Praktikum Schaltungssimulation, 4 Std. Praktikum/Woche,
Winter 2005/2006
H.K. Dirks (+ H.K. Dirks, G. Beck, M. Nordhausen)
Grundgebiete der Elektrotechnik III, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
H.K. Dirks (+ H.K. Dirks, E. Hamidovic)
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Einführung in die numerische Simulation elektronischer Schaltungen, 3 Std. Vorlesung/Woche,
H.K. Dirks
Intensivübung Grundgebiete der Elektrotechnik I-III, 1 Std. Übung/Woche,
E. Hamidovic
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Diskrete Optimierung
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Die Diskrete oder Kombinatorische Optimierung ist ein Teilgebiet der mathematischen Optimierung. Ihr Anliegen ist die
effiziente Lösung diskreter, endlicher Optimierungsprobleme.
Methoden und Resultate der modernen diskreten Optimierung berühren verschiedene Gebiete der Mathematik und
Informatik wie z.B. Kombinatorik, Graphentheorie, Stochastik und Komplexitätstheorie.
Ein zentrales Thema der Diskreten Optimierung ist der Entwurf effizienter Algorithmen für NP-harte, diskrete
Optimierungsprobleme unter suboptimalen Paradigmen wie Randomisierung und Approximation.
Die Arbeitsbereiche in Kiel sind die Theorie der approximativen, randomisierten und derandomisierten Algorithmen, Algorithmen für Multicast-Netzwerke, die kombinatorishe und analytische Diskrepanztheorie und Aspekte der kombinatorischen
Spieltheorie.
Ergebnisse
Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf den Entwurf von Algorithmen in der Kombinatorischen Optimierung und ihre
Anwendung u.a. in der Medizin. Die Themen sind:
a) Färbung von Hypergraphen und kombinatorische Diskrepanztheorie
b) Geometrische Diskrepanztheorie
c) Routingalgorithmen für Multicastnetzwerke und Netzwerkdesign
d) Schedulingalgorithmen und mehrdimensionale Packungsprobleme
e) Multikriterielle Optimierung
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. A. Srivastav; Sekretariat: G. Thiel (50%)
Dr. A. Baltz
01.01.-31.12.2005
Entwurf effizienter Architekturen und Algorithmen für Multicast-ATM-Netzwerke
DFG
Dr. B. Doerr
Kombinatorische Diskrepanztheorie
01.01.-31.05.2005
CAU
Dr. M. Gnewuch
Diskrepanztheorie und Fourier-Analysis
01.01.-31.03.2005
CAU/DFG
Dr. M. Gnewuch
Kombinatorische Diskrepanztheorie
01.10.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Math. R. Hakenjos
01.01.-31.12.2005
Geometrische Diskrepanztheorie und hochdimensionale Integration
(50%)
DFG
Dipl.-Math. N. Hebbinghaus
Diskrepanzen und lineare Codes
(50%)
DFG
01.01.-30.09.2005
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almanach 05
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Dipl.-Math. L. Kliemann
Routing in Netzwerken
01.01.-31.12.2005
Dipl.-Math S. Werth
Multikriterielle Optimierung
01.01.-31.12.2005
Stipendium
(50%)
DFG
Winter 2004/2005
Kombinatorische Optimierung - Optimalität und Polynomialität, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
B. Doerr (+ L. Kliemann)
Seminar Diskrete Mathematik, 2 Std. Seminar/Woche,
A. Srivastav
Oberseminar Algorithmen, Kombinatorik und Komplexität, 2 Std. Seminar/Woche,
A. Srivastav
Sommer 2005
Kombinatorische Optimierung - Approximation und Randomisierung, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
A. Srivastav (+ L. Kliemann)
Proseminar Diskrete Mathematik, 2 Std. Seminar/Woche,
A. Srivastav
A. Srivastav
Winter 2005/2006
Kombinatorische Optimierung - Optimalität und Polynomialität, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
A. Srivastav (+ A. Baltz)
Seminar Diskrete Optimierung, 2 Std. Seminar/Woche,
A. Srivastav
A. Srivastav
Drittmittel
DFG, Graduiertenkolleg Èffiziente Algorithmen und Mehrskalenmethoden', 01.01.-31.03.2005 (11.022 EUR)
DFG, Postdoc-Projekt Èntwurf effizienter Architekturen und Algorithmen für Multicast-ATM-Netzwerke',
01.09.2001-31.08.2005 (262854 EUR)
DFG, Postdoc-Projekt `Struktur und Algorithmik kombinatorischer Diskrepanzen', 01.04.2003-31.03.2005 (134460
EUR)
DFG, Projekt `Spieltheoretische Gleichgewichte in Unicast- und Multicast-Netzwerken', 01.09.2005-31.08.2007
(154200 EUR)
Dr. Ferdinando Cicalese, Institut für Bioinformatik, Centrum für Biotechnologie(CeBiTec), Universität Bielefeld. Thema:
Ìnterval Group Testing'.
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Prof. Peter Damaschke, Computer Science and Engineering, Chalmers University Göteborg, Schweden. Thema: Ìnterval
Group Testing.'
Prof. Devdatt Dubhashi, Computer Science, Chalmers University of Technology and Göteborg University, Schweden. Thema:
`Depot Vehicle Routing.'
Prof. Ulrich Heute, Lehrstuhl für Netzwerk- und Systemtheorie, CAU Kiel. Thema: `Randomisierte Diskretisierungs-Strategien
im Entwurf digitaler Filter'.
Prof. Tomasz Schoen, Adam Mickiewicz University Poznan, Polen. Thema: `Combinatorial Discrepancies and Combinatorial
Number Theory.'
Dr. Frank-Andre Siebert, Uniklinik Schleswig-Holstein, Campus Kiel, Klinik für Radiotherapie. Thema: `3-dimensionale
Rekonstruktion von Seed-Anordnungen in der Brachytherapie, Theorie und Implementierung.'
Prof. Henryk Wozniakowski, Columbia University New York und Universität Warschau. Thema: `Generalized Tractability of
Multivariate Problems'.
S. Jürgens, Der Algorithmus von Papadimitriou und Sideri zur Graphenbisektion von Grid-Graphen, 03.03.2005
C. Sachau, Effiziente Algorithmen für die Fuÿball-Bundesliga, 16.08.2005
Dissertationen
N. Hebbinghaus, Discrepancy of Arithmetic Structures, 29.09.2005
Veröffentlichungen
A. Baltz, D. Dubhashi, A. Srivastav, L. Tansini, S. Werth, Probabilistic analysis for a multiple depot vehicle routing
problem, R. Ramanujam, Sandeep Sen (Eds.), FSTTCS 2005: Foundations of Software Technology and Theoretical
Computer Science, Lecture Notes in Computer Science, 3821, 360 - 371 (2005)
A. Baltz, P. Hegarty, J. Knape, U. Larsson, T. Schoen, The Structure of Maximum Subsets of {1, ..., n} with no
Solutions to a + b = kc, Electronic Journal of Combinatorics, 12, RP 19, 1 - 16 (2005)
A. Baltz, G. Jaeger, A. Srivastav, Constructions of Sparse Asymmetric Connectors with Number Theoretic Methods,
Networks, 45, 1 - 6 (2005)
A. Baltz, L. Kliemann, Spectral Analysis, U. Brandes, T. Erlebach (editors), Network Analysis: Methodological Foundations,
Lecture Notes in Computer Science, 3418, 373 - 416 (2005)
A. Baltz, A. Srivastav, Approximation Algorithms for the Euclidean Bipartite TSP, Operations Research Letters, 33, 403 410 (2005)
F. Cicalese, P. Damaschke, L. Tansini, S. Werth, Overlaps Help: Improved bounds for group testing with interval queries,
L. Wang (Editor), Computing and Combinatorics 2005, Lecture Notes in Computer Science, 3595, 935 - 945 (2005)
B. Doerr, M. Gnewuch, N. Hebbinghaus, Discrepancy of Products of Hypergraphs, Discrete Mathematics and Theoretical
Computer Science, Proceedings of the European Conference on Combinatorics, Graph Theory and Applications, AE,
323 - 328 (2005)
B. Doerr, M. Gnewuch, A. Srivastav, Bounds and constructions for the star-discrepancy via δ-covers, Journal of
Complexity, 21, 691 - 709 (2005)
M. Gnewuch, Bounds for the average Lp -extreme and the L∞ -extreme discrepancy, Electronic Journal of
Combinatorics, 12, RP 54, 1 - 11 (2005)
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Präsentationen
A. Baltz, The Fully Mixed Nash Equilibrium Conjecture (and Supermarket Queing), Erdös Magic for Algorithms and
Games, Bertinoro, Italien, 25.04.2005
A. Baltz, Einfache Konstruktionen effizienter Kommunikationsnetze, Mathematisches Kolloquium, TU-Clausthal,
Clausthal-Zellerfeld, Deutschland, 13.07.2005
B. Doerr, Matrix Rounding with Low Error in Small Submatrices, ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms,
Vancouver, Kanada, 25.01.2005
B. Doerr, Generating Randomized Roundings with Constraints, Algorithms Seminar, New Jersey Institute of Technology,
New Jersey, USA, 27.01.2005
B. Doerr, Matrix Rounding Problems, Rényi Intézet Kombinatorika Szeminárium, Budapest, Ungarn, 03.03.2005
B. Doerr, Generating Random Graphs with Connectivity Information, Workshop on Random Graphs and Probabilistic
Methods, Berlin, Deutschland, 08.03.2005
B. Doerr, On Tusnády's Problem, Rényi Intézet Sztochasztika Szeminárium,, Budapest, Ungarn, 25.03.2005
B. Doerr, On the Propp Machine, Erdös Magic for Algorithms and Games, Bertinoro, Italien, 28.04.2005
M. Gnewuch, Bracketing Numbers for Axis-Parallel Boxes and Applications to Geometric Discrepancy, Seminar Numerical
Analysis, University of Warsaw, Warschau, Polen, 10.03.2005
M. Gnewuch, Discretisation of Discrepancy and Applications, Erdös Magic for Algorithms and Games, Bertinoro, Italien,
28.04.2005
N. Hebbinghaus, One-Sided Discrepancy of Linear Hyperspaces in Finite Vectorspaces, Seminar Diskrete Mathematik,
Adam-Mickiewicz-Universitaet Posen, Poznan, Polen, 04.01.2005
N. Hebbinghaus, Discrepancy of Arithmetic Structures, Erdös Magic for Algorithms and Games, Bertinoro, Italien,
28.04.2005
N. Hebbinghaus, Discrepancy of Products of Hypergraphs, European Conference on Combinatorics, Graph Theory, and
Applications, Berlin, Deutschland, 07.09.2005
L. Kliemann, Selfish Multicast Routing, Erdös Magic for Algorithms and Games, Bertinoro, Italien, 25.04.2005
A. Srivastav, Multicast selfish routing, DFG-Jahreskolloquium Algorithmik grosser und komplexer Netzwerke, Paderborn,
Deutschland, 11.03.2005
A. Srivastav, Planar Multi-Depot TSP for Random Points, Erdös Magic for Algorithms and Games, Bertinoro, Italien,
29.04.2005
A. Srivastav, LP based randomized re-construction of seeds in brachytherapy, Workshop on Optimization in Medicine,
Coimbra, Portugal, 21.07.2005
A Srivastav, Simultaneous Randomized Matching and Covering in Hypergraphs, Int. Conference on Random Structures
and Algorithms, Poznan, Polen, 03.08.2005
S. Werth, Improved Bounds for Group Testing with Interval Queries, Computing and Combinatorics Conference (COCOON
2005), Kunming, China, 16.08.2005
Benjamin Doerr verbrachte einen Forschungsaufenthalt vom 03.02.bis 01.04.2005 an der Universität Budapest.
Michael Gnewuch war 01.03. bis 25.03.2005 Gast von Prof. Henryk Wozniakowski an der Universität Warschau.
Nils Hebbinghaus verbrachte einen Forschungsaufenthalt vom 02.01. bis 14.01.2005 an der Universität Posen.
Anand Srivastav verbrachte einen Forschungsaufenthalt vom 05.01. bis 31.01.2005 an der Freien Universität Berlin.
Sören Werth verbrachte Forschungsaufenthalte vom 7.1. bis 7.2.2005 an der Chalmers Universität Göteborg und vom 2.5.
bis 6.5.2005 an der Universität Bielefeld.
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Organisation von Tagungen und Workshops
DFG Workshop ``Selfish routing in Networks'', 28.01.-29.01.2005, Kiel.
Tagung `Èrdös Magic for Algorithms and Games'', 24.04.-29.04.2005, Bertinoro, Italien.
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Echtzeitsysteme und Eingebettete Systeme
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Unser Forschungsinteresse ist der systematische Entwurf und die Analyse von Computern, welche nicht in erster Linie als
Computer wahrgenommen werden. Dies ist eine Definition für eingebettete Systeme - welche uns auf vielfältigste Art und
Weise begegnen, von miniaturisierten Hörgeräten über Röntgengeräte, Handys, Airbag-Controller, ABS-Bremsen bis zu
Fly-by-Wire Flugzeugen. Solche Systeme müssen typischerweise nicht nur die richtigen Ausgaben an die Umwelt liefern,
sondern dies auch rechtzeitig tun - es handelt sich hierbei also um Echtzeitsysteme. Von besonderem Interesse für uns
sind die reaktiven Systeme, welche kontinuierlich auf (überwiegend diskrete) Eingabeereignisse aus ihrer Umwelt mit
entsprechenden Ausgabeereignissen reagieren.
Auch wenn die Anzahl eingebetteter Echtzeitsysteme inzwischen deutlich die der klassischen Computer übersteigt, ist dies
aus Sicht der Informatik ein noch relativ junges Themengebiet. In der Vergangenheit wurden solche Systeme weitgehend
von Anwendungsexperten ohne ausgeprägte Informatikgrundlagen entwickelt, welches sich aber aufgrund der ansteigenden
Komplexität der zu entwickelnden Systeme als immer weniger praktikabel erweist. An der Christian-Albrechts-Universität
wurde der Lehrstuhl für Echtzeitsysteme und Eingebettete Systeme 2001 erstmalig besetzt.
Ergebnisse
Laufende Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Entwicklung reaktiver eingebetteter Echtzeitsysteme. Schwerpunkte
hierbei sind
• Modellbasierter Entwurf reaktiver und verteilter Systeme
• Codesynthese für die synchrone Programmierung
• Reaktive Prozessoren
Die Arbeiten zum modellbasierten Entwurf reaktiver Systeme konzentrieren sich auf die Entwicklung intelligenter
Modelleditoren, welche vorgegebene Entwurfsrichtlinien automatisch überprüfen und auch in der Lage sind, graphische
Modelle aus textuellen, formal begründeten Sprachen zu synthetisieren. Am Lehrstuhl werden hierfür entsprechende
Verfahren entwickelt und mit Hilfe des Modellierungswerkzeuges KIEL (Kiel Integrated Environment for Layout) validiert.
Abb. 1: Synthese von Statecharts aus Esterel mit KIEL.
Die Arbeiten zum modellbasierten Entwurf verteilter Systeme befassen sich mit zeitgesteuerten, verteilter Architekturen,
basierend auf dem synchronen Paradigma; dies wird am Lehrstuhl auch in Zusammenarbeit mit EADS Airbus und im
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Rahmen des in 2004 begonnenen Projektes DECOS (Dependable Embedded Components and Systems) des sechsten
EU-Rahmenprogramms untersucht.
Für die Codesynthese für die synchrone Programmierung befassen wir uns insbesondere mit Codeanalyse- und
Transformationsverfahren, welche die effiziente Synthese sogenannter konstruktiver Programme erlauben, insbesondere
für die Sprache Esterel.
Reaktive Prozessoren sind darauf ausgerichtet, mit minimalem Ressourceneinsatz ein reaktives Verhalten zu
implementieren, welches in Funktionalität und Echtzeitverhalten deterministisch und formal analysierbar ist. Der am
Lehrstuhl entwickelte Kiel Esterel Prozessor (KEP) ist ein reaktiver Prozessor, mittlerweile in der dritten Generation, welcher
nebenläufige Programmierung durch Multithreading unterstützt und sich insbesondere durch minimalen Stromverbrauch
auszeichnet.
Abb. 2: Exkursion zur b+m Informatik AG
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. Reinhard von Hanxleden; Sekretariat: Gesa Walsdorf (50%)
Technisches Personal: Isabella Cembrowski
Dipl.-Inf. Hauke Fuhrmann
01.07.-31.12.2005
DECOS
Dipl.-Inf. Jan Lukoschus
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Inf. Steffen Prochnow
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Phys. Alwin Stengel
01.01.-31.12.2005
CAU
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Dipl.-Inf. Claus Traulsen
01.11.-31.12.2005
Winter 2004/2005
Entwurf eingebetteter Echtzeitsysteme, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Reinhard von Hanxleden
Seminar - Synchrone Sprachen, 2 Std. Seminar/Woche,
Jan Lukoschus (+ Reinhard von Hanxleden)
Echtzeitsysteme und Eingebettete Systeme, 2 Std. Oberseminar/Woche,
Reinhard von Hanxleden (+ Alwin Stengel)
Codesynthese aus Esterel, 4 Std. Praktikum/Woche,
Jan Lukoschus
Sommer 2005
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DECOS
Systemorientierte Informatik II - Organisation und Architektur von Rechnern, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/
Woche,
Reinhard von Hanxleden (+ Alwin Stengel)
Modellbasierter Entwurf und Verteilte Echtzeitsysteme, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Reinhard von Hanxleden (+ Steffen Prochnow)
Zuverlässigkeit von Software in sicherheitskritischen Systemen, 2 Std. Seminar/Woche,
Reinhard von Hanxleden (+ Wolfgang Goerigk)
Oberseminar, 2 Std. Seminar/Woche,
Automatische Flippersteuerung, 4 Std. Praktikum/Woche,
Jan Lukoschus
Winter 2005/2006
Synchrone Sprachen, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Reinhard von Hanxleden (+ Claus Traulsen)
Modellbasierter Systementwurf, 2 Std. Seminar/Woche,
Steffen Prochnow
Oberseminar, 2 Std. Seminar/Woche,
Modellbahnpraktikum, 4 Std. Praktikum/Woche,
Hauke Fuhrmann (+ Steffen Prochnow)
Drittmittel
EU, Integrated Project Dependable Embedded Components and Systems (DECOS), 01.07.2004-30.06.2007 (127500
EUR)
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Zusammenarbeit mit EADS Airbus, Hamburg, zum modellbasierten Entwurf verteilter, zeitgesteuerter Echtzeitsysteme.
Konsultationen mit der Philips Medical Systems GmbH, Hamburg.
H. Fuhrmann, Model-Based Design of Distributet Time-Triggered Architectures, 15.04.2005
T. Kloss, Automatisches Layout von Statecharts unter Verwendung von Graph Viz, 03.05.2005
F. Lüpke, Implementierung eines Statechart-Editors mit layoutbasierten Bearbeitungshilfen, 13.06.2005
B. Lüdemann, Synthesis of human-readable Statecharts from Sequence Diagrams in the ROOM Environment,
25.08.2005
H. Janz, Fehlertoleranter Massenspeicher Weltraum-Festplatte, 31.10.2005
A. Posor, Erweiterung von KIEL um Stateflow-Charts, 16.12.2005
H. Theman, Methoden zur Analyse und Verbesserung der Rubustheit von Legacy Software, 22.12.2005
Veröffentlichungen
Stephen A. Edwards, Nicholas Halbwachs, Reinhard von Hanxleden, Thomas Stauner, 04491 Executive Summary,
Synchronous Programming - SYNCHRON'04, Dagstuhl Seminar Proceedings, (2005)
Hauke Fuhrmann, Jens Koch, Jörn Rennhack, Reinhard von Hanxleden, The Aerospace Demonstrator of DECOS,
Workshop on Dependable Embedded Components and Systems at the 8th International IEEE Conference on Intelligent
Transportation Systems, (2005)
Reinhard von Hanxleden, Modellierung Reaktiver Systeme - Statecharts und Synchrone Sprachen, Peter Liggesmeyer
and Dieter Rombach, Eds., Software Engineering für Eingebettete Systeme, Spektrum Akademischer Verlag, (2005)
Xin Li, Reinhard von Hanxleden, The Kiel Esterel Processor - A Semi-Custom, Configurable Reactive Processor,
Synchronous Programming - SYNCHRON'04, Dagstuhl Seminar Proceedings, (2005)
Xin Li, Reinhard von Hanxleden, KEP2 (Kiel Esterel Processor 2), Technischer Bericht 0506,
Christian-Albrechts-Universität Kiel, Institut für Informatik und Praktische Mathematik, (2005)
Xin Li, Reinhard von Hanxleden, A Concurrent Reactive Esterel Processor Based on Multi-Threading, Technischer Bericht
0509, Christian-Albrechts-Universität Kiel, Institut für Informatik und Praktische Mathematik, (2005)
Xin Li, Jan Lukoschus, Marian Boldt, Michael Harder, Reinhard von Hanxleden, An Esterel Processor with Full Preemption
Support and its Worst Case Reaction Time Analysis, Proceedings of the International Conference on Compilers,
Architecture, and Synthesis for Embedded Systems (CASES), 09/05, 225 - 236 (2005)
Jan Lukoschus, Reinhard von Hanxleden, Removing Cycles in Esterel Programs, Synchronous Programming SYNCHRON'04, Dagstuhl Seminar Proceedings, 2005. Internationales Begegnungs- und Forschungszentrum (IBFI),
(2005)
Jan Lukoschus, Reinhard von Hanxleden, Removing Cycles in Esterel Programs, Technischer Bericht 0502,
Christian-Albrechts-Universität Kiel, Institut für Informatik und Praktische Mathematik, (2005)
Jan Lukoschus, Reinhard von Hanxleden, Removing Cycles in Esterel Programs, International Workshop on Synchronous
Languages, Applications and Programming (SLAP'05), (2005)
Präsentationen
Jan Lukoschus, Removing Cycles in Esterel Programs, International Workshop on Synchronous Languages, Applications
and Programming (SLAP'05), Edinburgh, GB, 03.-03.04.2005
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Reinhard von Hanxleden, Graphical Modeling of Complex Reactive Systems, Kolloquium des Fachbereichs Informatik,
Universität Salzburg, Salzburg, Österreich, 05.-05.04.2005
Reinhard von Hanxleden, Worst Case Reaction Time Analysis for a Reactive Processor Based on Esterel, Kolloquium der
Fakultat Wirtschaftsinformatik und Angewandte Informatik, Universität Bamberg, Bamberg, Deutschland,
07.-07.07.2005
Hauke Fuhrmann, The Aerospace Demonstrator of DECOS, Workshop on Dependable Embedded Components and
Systems at the 8th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems at the 8th International IEEE
Conference on Intelligent Transportation Systems, Wien, Österreich, 13.-13.09.2005
Reinhard von Hanxleden, An Esterel Processor with Full Preemption Support and its Worst Case Reaction Time Analysis,
International Conference on Compilers, Architecture, and Synthesis for Embedded Systems (CASES), San Francisco,
USA, 24.-27.09.2005
Steffen Prochnow, Claus Traulsen, KIEL - Textual and Graphical Representations of Statecharts, The 12th Synchronous
Workshop, SYNCHRON'05, Malta, Malta, 21.-25.11.2005
Beteiligung mit zwei Exponaten (Roboterpositionierung, invertiertes Pendel mit Lego Mindstorms) an den Techniktagen im
Sophienhof (13.-15.1.2005).
Beteiligung mit zwei Exponaten (Roboterpositionierung, Modellbahn) am Girls'Day 2005 (28.4.2005)
Exkursion zur b+m Informatik AG, Melsdorf (8.2.2005)
Exkursion zu Philips Medical Systems, Hamburg (14.7.2005)
A. Stengel:
Organisation des Vorkurses Informatik 2005 (10.-14.10.2005)
R. von Hanxleden:
Mitherausgeberschaft der Dagstuhl Seminar Proceedings 04491, Synchronous Programming - SYNCHRON'04, 2005
Tätigkeit als Vertrauensdozent für das DaimlerChrysler Stipendiatenprogramm
Geschäftsführendes Vorstandsmitglied des Instituts für Informatik und Praktische Mathematik
Institutsvertretung des Geschäftsbereichs Öffentlichkeitsarbeit (bis 31.8.2005)
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Kognitive Systeme
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Die Schwerpunkte für Forschung und Ausbildung in der Arbeitsgruppe Kognitive Systeme werden durch den Entwurf
lernfähiger Systemarchitekturen für visuelle Wahrnehmung und Handlung sowie durch die Einbettung des WahrnehmungsHandlungs-Zyklus in die geometrische oder Clifford-Algebra gebildet.
Im Berichtszeitraum wurde gleichzeitig an zwei EU-Projekten und an drei von der DFG geförderten Projekten gearbeitet.
Weitere zwei Projekte wurden vom DAAD gefördert. Das von unserer Arbeitsgruppe koordinierte EU-Projekt VISATEC
(gemeinsam mit der Universität Linköping und der ISRA Vision GmbH, Darmstadt) konnte Ende Februar erfolgreich beendet
werden. Das von der Universität Linköping koordinierte Projekt COSPAL (gemeinsam mit den Universitäten Kiel, Guildford
und Prag) befand sich in der Konsolidierungsphase. Während die Förderung des Projektes MONSIGN (Graduiertenkolleg
GEAM) durch die DFG auslief, wurde das DFG-Projekt Verknüpfung von 3D-Formenwissen und Lageschätzung mit
Bildsegmentierung (LEV-MON) als Kooperation mit der Universität Saarbrücken gestartet.
Die im Jahr 2004 begonnene Erneuerung der Ausstattung des Labors für visuelle Robotik konnte im Berichtszeitraum
abgeschlossen werden. Besondere Erwähnung sollten die Beschaffung eines mobilen Fahrzeug mit Manipulator und des
Manipulators Thermo F3 aus HBFG-Mitteln finden.
Wir hatten die Freude, auch im Jahr 2005 wieder Gäste (aus Japan, Neuseeland, Israel und Frankreich) in unserer
Arbeitsgruppe begrüÿen zu dürfen. Auÿerdem fand ein Arbeitstreffen des COSPAL-Projektes im Juni in Kiel statt.
Ergebnisse
Am 21.02.2005 wurde bei der Firma ISRA Vision, Darmstadt, erfolgreich das EU-Projekt VISATEC verteidigt. Mit erheblichen
Anstrengungen konnte die in Linköping und Kiel entwickelte Software nach Darmstadt portiert und ihre Funktionalität
demonstriert werden. Dabei wurde die Arbeitshypothese bestätigt, dass es nicht ein einzelnes bestes Verfahren zu
Objektdetektion und Poseschätzung gibt. Vielmehr erwiesen sich einige der möglichen Kombinationen unterschiedlicher
Verfahren überlegen im Vergleich zur Anwendung einzelner Methoden. Insgesamt waren die von der Firma ISRA Vision
verwendeten Methoden denen in Linköping und Kiel entwickelten leicht überlegen. Der Vorteil der Hochschulentwicklungen
lag aber in ihrer Lernfähigkeit und damit Adaptierbarkeit an unterschiedliche Einsatzbedingungen. Mit erheblichem
Zeitaufwand wurden im Vorfeld der Verteidigung die Leistungsgrenzen der Verfahren getestet.
Im Berichtszeitraum befand sich das EU-Projekt COSPAL in der Konsolidierungsphase. Höhepunkt was das Einjahres-Review
im Oktober in Guildford. Die Kieler Arbeitsgruppe entwarf die use cases und ein Schema der zu realisierenden
Funktionalitäten des Gesamtsystems. Innerhalb der Arbeiten an den Arbeitspaketen konnten erste Ergebnisse erzielt
werden. So wurden ein lokales linear Modell zur Kontrolle und Klassifikation und ein einkrementales Clusterverfahren zur
Farbsegmentierung entwickelt. Erste Resultate wurden auch beim Lernen menschlicher Armbewegungen erreicht.
Im Projekt GA-PAC wurde mit dem Abschluss der Dissertation von S. Buchholz eine neuartige Theorie von neuronalen
Berechnungen in Clifford-Algebren vorgelegt. Besonders zu erwähnen ist das Lernen von Transformationsgruppen mittels
Spinor-Clifford-Neuronen. Auÿerdem wurde ein projektives Modell von katadioptischen Kameras in geometrischer Algebra
entwickelt. Erste Arbeiten zur statistischen Analyse Clifford-wertiger stochastischer Variabler wurden durchgeführt.
Bemerkenswerte Ergebnisse wurden im Projekt CLASTAT erzielt. Im Rahmen der konformen geometrischen Algebra wurde
die Schätzung von geometrischen Entitäten und Operatoren aus unsicheren Daten nach dem Gauÿ-Helmert-Verfahren
entwickelt. Diese nur in geometrischer Algebra mögliche Vereinheitlichung von Schätzungen erweitert das von Förstner
u.o. im Jahr 2000 vorgestellte Verfahren. Auÿerdem konnte eine sehr schöne geometrische Interpretation des zur Folklore
der Computer Vision gehörenden algebraischen Verfahrens zur NP-Poseschätzung gefunden werden.
Im Projekt LERNROB wurde die Dissertation von Y. Kassahun sehr erfolgreich abgeschlossen. Er hat die Vorzüge der von ihm
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als EANT (Evolutionary Acquisition of Neural Topologies) bezeichneten Methode durch Simulation und Laborexperimente
unter Beweis stellen können. Die EANT-Methode verbindet evolutionäre Optimierung der Topologie und Lernen der Gewichte
eines neuronalen Netzes auf neuartige Weise. Darunter ist zu verstehen, dass dieses zweiphasige Lernschema (auf der
Ebene einer Population von Netzen bzw. auf der Ebenen eines spezifischen Netzes) vollständig in genetischer Kodierung
realisiert wird. Der Phänotyp (das neuronale Netz) muss nicht dekodiert werden, um für eine optimale Topologie die
optimalen Gewichte zu finden.
Abb. 1: Fitness-Landschaft eines Bildes des Buchstaben W
Im Projekt MONSIGN wurde ein Durchbruch bezüglich der lokalen spektralen Repräsentation intrinsisch zweidimensionaler
Signale erzielt. Basierend auf einer monogenen Einbettung der Krümmungstensors der Differentialgeometrie werden
Gauÿ- und mittlere Krümmung in monogener Einbettung berechnet. Dies führt zur lokalen Klassifizierung der Strukturen
bezüglich ihrer intrinsischen Dimension. Für den Fall intrinsisch zweidimensionaler Strukturren können lokale Phase und
Orientierung bezüglich einer Eigenvektor-Transformation der lokalen Strukturen angegeben werden. Das monogene Signal
(für intrinsisch eindimensionale Strukturen) ergibt sich als Spezialfall der gefundenen Signalrepräsentation. Es zeigte sich,
dass das monogene Signal intrinsisch zweidimensionaler Strukturen durch eine verallgemeinerte Riesztransformation aus
dem reellwertigen 2D-Signal hervorgeht.
Abb. 2: Projektion auf einen parabolischen Spiegel (a) und ihre mathematische Repräsentation als stereographische
Projektion (b)
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Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. G. Sommer; Sekretariat: F. Maillard
Technisches Personal: Dipl.-Ing. (FH) G. Diesner, Dipl.-Ing. (FH) H. Schmidt
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Dr.-Ing. Stephan Al-Zubi
COSPAL
01.01.-31.12.2005
EU
Dr.-Ing. Sven Buchholz
GA - PAC
01.01.-31.12.2005
DFG
MSc. Marco Chavarria
CGAPOSE
01.01.-31.12.2005
DAAD
Dipl.-Inf. Christian Gebken
CLASTAT
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Inf. Oliver Granert
VISATEC
01.01.-31.12.2005
EU/CAU
Dipl.-Inf. Florian Hoppe
COSPAL
01.01.-31.12.2005
EU
MSc. Yohannes Kassahun
LERNROB
01.01.-31.12.2005
DAAD
Dipl.-Phys. Martin Krause
VISATEC
01.01.-30.04.2005
EU
Dr. Christian Perwass
CLASTAT
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. Herward Prehn
COSPAL
01.02.-31.12.2005
EU
Dr. Nils Siebel
ROBVIS
01.01.-31.12.2005
CAU
MSc. Antti Tolvanen
GA - PAC
01.01.-31.12.2005
DFG
Dipl.-Inform. Lennart Wietzke
LEV-MON
01.11.-31.12.2005
DFG
MSc. Di Zang
MONSIGN
01.01.-31.12.2005
DFG
Winter 2004/2005
Computer Vision und Robotik (Fortgeschrittenen-Praktikum), 4 Std. Praktikum/Woche,
N. Siebel
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tf
Anwendungen der Geometrische Algebra in Computer Vision, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
C. Perwass
Oberseminar Kognitive Systeme, 2 Std. Seminar/Woche,
G. Sommer
Robot Vision, 2 Std. Seminar/Woche,
N. Siebel
Signaltheoretische Grundlagen der Bildverarbeitung, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
G. Sommer (+ C. Gebken)
Sommer 2005
Einführung in die Neuroinformatik, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
G. Sommer (+ O. Granert)
G. Sommer
N. Siebel
Stochastische, topologische und geom. Grundlagen von Computer Vision, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Computer Vision I (Fortgeschrittenen-Praktikum), 4 Std. Praktikum/Woche,
C. Gebken
Autonome Robotersysteme, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
N. Siebel
Bildfolgeanalyse, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
C. Perwass
Winter 2005/2006
Computer Vision und Robotik (Fortgeschrittenen-Praktikum), 4 Std. Praktikum/Woche,
N. Siebel
Anwendungen der Geometrische Algebra in Computer Vision, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
C. Perwass
G. Sommer
N. Siebel
Signaltheoretische Grundlagen der Bildverarbeitung, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Drittmittel
EU, VISATEC, O. Granert , M. Krause, 01.01.-30.04.2005 (30.410,86)
EU, COSPAL, S. Al-Zubi, F. Hoppe, H. Prehn, 01.01.-31.12.2005 (142.729,03)
DFG, Geometrische Algebra - ein Repräsentationsrahmen für den Wahrnehmungs-Handlungs-Zyklus, S. Buchholz, A.
Tolvanen, 01.01.-31.12.2005 (108.607,24)
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almanach 05
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DFG, Verknüpfung von 3D-Formenwissen und Lageschätzung mit Bildsegmentierung, L. Wietzke, 01.11.-31.12.2005
(8.064,02)
DFG (GEAM), MONSIGN, D. Zang, 01.01.-31.03.2005 (4.404,00)
DFG (HBFG-Mittel), Ausstattung für das Labor, 01.01.-31.12.2005 (51.884,00)
DAAD, LERNROB, Y. Kassahun, 01.01.-31.12.2005 (12.520,86)
DAAD, CGAPOSE, M. Chavarria, 01.01.-31.12.2005 (11.880,00)
Die internationale Kooperation der Arbeitsgruppe wurde durch die beiden EU-Projekte VISATEC und COSPAL dominiert.
Im Projekt VISATEC arbeiteten wir (als Koordinator) mit der Universität Linköping, Schweden und mit der Firma ISRA
Vision GmbH, Darmstadt, zusammen. Im Projekt COSPAL kooperieren die Universitäten Linköping (Schweden) als
Projekt-Koordinator, Guildfort (UK), Prag (Tschechien) und Kiel.
Auch im Jahre 2005 wurde die Kooperation mit dem Center for Image Technology (CITR), University of Auckland,
Neuseeland, erfolgreich fortgesetzt. Mit Dr. B. Rosenhahn (nun MPII, Saarbrücken) konnten gemeinsame Publikationen
realisiert werden. Auÿerdem wurde gemeinsam mit ihm, Prof. J. Weickert (Saarbrücken) und Dr. T. Brox (nun Bonn) ein
DFG-Projekt unter dem Titel Verknüpfung von 3D-Formenwissen und Lageschätzung mit Bildsegmentierung beantragt.
Dieses Projekt startete im November und verfolgt das gemeinsame Ziel, Bildsegmentierung mittels Level-Set-Verfahren
mit monogenen Signalrepresentationen und Objektmodellierung im Rahmen der konformen geometrischen Algebra
zusammenzuführen. Dr. Rosenhahn besuchte unsere Gruppe im Mai 2005 für eine Woche.
Mit der Firma Werth Messtechnik GmbH, Giessen, hält Prof. Sommer Kontakte auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik
mittels visueller Signale. Leider konnten bisher mangels Bewerber drei Diplomarbeitsprojekte nicht realisiert werden. Im
Berichtszeitraum war Prof. Sommer Mitglied des Gutachterausschusses für den Dr.-Siegfried-Werth-Preis, der von der
gleichnamigen Stiftung zweijährig vergeben wird.
Mit Prof. H. Li, Institute of Automation Research, Academia Sinica, Beijing, China, und Prof. P. Olver, Math. Institute,
Technology University of Minnesota, Mineapolis hat G. Sommer im Berichtszeitraum die Proceedings zu zwei Workshops,
die 2004 in China stattfanden, in der LNCS-Serie von Springer herausgegeben.
Prof. E. Hitzer, Mechanical Engineering Dept., Fukui University, Fukui, Japan, arbeitete den ganzen Monat September
in unserer Arbeitsgruppe. In einem Vortrag trug er über das gemeinsam interessierende Thema der Behandlung des
Unschärfeprinzips in der Euklidischen geometrischen Algebra vor. Prof. E. Hitzer arbeitete mit Dr. C. Perwass auf dem
Gebiet der Repräsentation von Kristallgitter-Gruppen in geometrischer Algebra und deren Visualisierung mittels CluCalc.
Hieraus folgten drei Publikationen.
Dr. Y. Schechner, Technion, Haifa, Israel besuchte unsere Arbeitsgruppe in Februar. Es wurden gemeinsam interessierende
Themen auf den Gebieten Computer Vision und Geometrische Algebra identifiziert. Auf dieser Grundlage besuchte Dr.
Perwass im November für eine Woche das Institut in Haifa, um einen Kurs über geometrische Algebra und deren
Anwendungen zu geben.
Anlässlich des CIRM-Workshops in Marseille nahm Prof. Sommer Kontakt zu Dr. N. Le Bihan, CNRS Saint-Martin
d'Hères, Grenoble, Frankreich auf, um auf dem Gebiet stochastischer Clifford-Variabler zu kooperieren. Während eines
einwöchiges Aufenthalts in Kiel im Dezember 2005 stellte Dr. Le Bihan der Arbeitsgruppe seine Forschungsarbeiten zur
quaternionwertigen Analyse von vektorwertigen Sensorsignalen vor. Gemeinsam mit Dr. S. Buchholz wurden Themen
gemeinsam interessierender Forschungsprojekte herausgearbeitet. In den Zwischenzeit wurden bereits gemeinsame
Publikationen eingereicht.
Die andauernde Zusammenarbeit von G. Sommer mit dem Alumni Dr. W. Yu, Yale University, New Haven, USA, und
Prof. K. Daniilidis, University of Pennsylvania, Philadelphia, führte zu einer weiteren gemeinsamen Publikation über die
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Anwendung deformierter Gaborfilter.
Dr. N. Siebel intensivierte im Berichtszeitraum seine Kooperationsbeziehungen zur Group of Research on Automatic Control
Engineering (GRACE) der Università del Sannio, Benevento, Italien. Während eines einwöchigen Aufenthaltes von Dr.
Siebel im Oktober in dieser Gruppe wurde eine Internationale Winterschule zum Thema Visual Surveillance geplant. Anfang
Dezember hat Dr. Siebel in Benevento diese vom Marie-Curie-Programm der EU finanzierte Winterschule durchgeführt.
Herr Dr. C. Perwass hielt sich im Sommer 2005 für zwei Monate an der University of California, Davis, USA, auf.
Auf Einladung von Prof. R. Farouki erarbeitete er mit diesem ein Modell Pythagoräischer Holograph-Kurven in der
geometrischen Algebra. Eine Publikation wurde eingereicht.
Hauke Tschach, A Neural Architecture for Learning Uncertainty, 25.11.2005
Dissertationen
Sven Buchholz, A Theory of Neural Computation with Clifford Algebras, 16.03.2005
Veröffentlichungen
Bodo Rosenhahn, Gerald Sommer, Pose estimation in conformal geometric algebra, Part I: The stratification of
mathematical spaces, Journal of Mathematical Imaging and Vision, Springer Science + Business Media, Inc., 22,
27 - 48 (2005)
Bodo Rosenhahn, Gerald Sommer, Pose estimation in conformal geometric algebra, Part II: Real-time pose estimation
using extended feature concepts, Journal of Mathematical Imaging and Vision, Springer Science + Business Media,
22, 49 - 70 (2005)
Weichuan Yu, Gerald Sommer, Kostas Daniilidis, J. Duncan, Using skew Gabor filter in source signal separation and local
spectral orientation analysis, Image and Vision Computing, Elsevier, 23, 377 - 392 (2005)
Bodo Rosenhahn, Christian Perwass, Gerald Sommer, Pose estimation of 3D free-form contours, Int. Journal of Computer
Vision, Springer Science + Business Media, Inc., 62-3, 267 - 289 (2005)
Vladimir Banarer, Struktureller Bias in neuronalen Netzen mittels Clifford-Algebren, Technical Report,
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Informatik, 0501, (2005)
Yohannes Kassahun, Gerald Sommer, Efficient reinforcement learning through evolutionnary acquisition of neural
topologies, Proc. 13th European Symposium on Artificial Neural Networks, Bruges, Belgium, d-side publications, 259
- 266 (2005)
Sven Buchholz, A Theory of Neural Computation with Clifford Algebra, Technical Report , Christian-Albrechts-Universität
zu Kiel, Institut für Informatik, 0504, (2005)
Sven Buchholz, Gerald Sommer, On averaging in Clifford groups, Proceedings IWMM 2004 and GIAE 2004 - Computer
Algebra and Geometric Algebra with Applications, H. Li, P.J. Olver and G. Sommer (Eds.), Springer-Verlag, Berlin,
Heidelberg, LNCS, 3519, 229 - 238 (2005)
Hongbo Li, Peter J. Olver, Gerald Sommer, (Eds.), Computer Algebra and Geometric Algebra with Applications,
Proceedings IWMM and GIAE 2004, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, LNCS, 3519, (2005)
Gerald Sommer, Applications of geometric algebra in robot vision, Proceedings IWMM 2004 and GIAE 2004, Computer
Algebra and Geometric Algebra with Applications, H. Li, P.J. Olver and G. Sommer (Eds.), Springer-Verlag, Berlin,
Heidelberg, LNCS, 3519, 258 - 277 (2005)
Gerald Sommer, Bodo Rosenhahn, Christian Perwass, Twists - An operational representation of shape, Proceedings
IWMM 2004 and GIAE 2004 - Computer Algebra and Geometric Algebra with Applications, H. Li, P.J. Olver and G.
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almanach 05
tf
Sommer (Eds.), Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, LNCS, 3519, 278 - 297 (2005)
Martin Krause, Gerald Sommer, A 3D isotropic quadrature filter for motion estimation problems, Proc. Conference Visual
Communications and Image Processing, Beijing, China, 2005. S. Li, F. Pereira, H.-Y. Shum and A.G. Tescher (Eds.),
The International Society for Optical Engineering, Bellingham, SPIE, 5960, 1295 - 1306 (2005)
Di Zang, Gerald Sommer, An operator for the analysis of superimposed intrinsically two dimensional patterns,
Proceedings 12th International Workshop on Systems, Signals and Image Processing, Chalkida, Greece, 22.-24.9.05,
D. Karras, S. Voliotis, M. Rangoussi and A. Kokkosis (Eds.), Interscience Publishers, Genève, 77 - 81 (2005)
Christian Perwass, Christian Gebken, Gerald Sommer, Estimation of geometric entities and operators from uncertain
data, In 27. Symposium für Mustererkennung, DAGM 2005, Wien, 29.8.-2.9.05, Springer-Verlag, Berlin,
Heidelberg, LNCS, 3663, 459 - 467 (2005)
Antti Tolvanen, Christian Perwass, Gerald Sommer, Projective model for central catadioptric cameras using Clifford
algebra, In 27. Symposium für Mustererkennung, DAGM 2005, Wien, 29.8.-2.9.2005, Springer-Verlag, Berlin,
Heidelberg, LNCS, 3663, 192 - 199 (2005)
Yohannes Kassahun, Gerald Sommer, Automatic neural robot controller design using evolutionary acquisition of neural
topologies, In 19. Fachgespräch Autonome Mobile Systeme (AMS 2005), Stuttgart, Springer-Verlag, 315 - 321
(2005)
Yohannes Kassahun, Gerald Sommer, Evolution of Neural Networks Through Incremental Acquisition of Neural
Structures, Technical Report, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Informatik, 0508, (2005)
Florian Hoppe, Gerald Sommer, Local linear models for system control, Proceedings 12th Int. Conf. on Neural
Information Processing, Taipei, Taiwan, 171 - 176 (2005)
E.M.S. Hitzer, Christian Perwass, Crystal cell and space lattice symmetries in Clifford geometric algebra, TE. Simos, G.
Sihoyios, C. Tsitouras (Eds.), International Conference on Numerical Analysis and Applied Mathematics (ICNAAM
2005), Wiley-VCH, Weinheim, 937 - 941 (2005)
E.M.S. Hitzer, Christian Perwass, Full geometric description of all symmetry elements of crystal space groups by the
suitable choice of only three vectors for each Bravais cell or crystal family, Proceedings of the International
Symposium on Advanced Mechanical Engineering, between University of Fukui (Japan), Pukyong National University
(Korea) and University of Shanghai for Science and Technology (China), 23-26 Nov. 2005, 19 - 25 (2005)
Christian Perwass, E.M.S. Hitzer, Interactive visualization of full geometric description of crystal space groups,
Proceedings of the International Symposium on Advanced Mechanical Engineering, between University of Fukui
(Japan), Pukyong National University (Korea) and University of Shanghai for Science and Technology (China), 23-26
Nov. 2005, 276 - 282 (2005)
Präsentationen
Christian Gebken, Christian Perwass, Gerald Sommer, Parameter Estimation from Uncertain Data in Geometric Algebra,
7th International Conference on Clifford Algebras and their Applications (ICCA7), Toulouse, France, 19.-29.05.2005
E.M.S. Hitzer, Christian Perwass, Crystal Cell and Space Lattice Symmetries in Clifford Geometric Algebra, International
Conference on Numerical Analysis and Applied Mathematics (ICNAAM 2005), Rhodos, Griechenland, 16.-20.09.2005
E.M.S. Hitzer, Christian Perwass, Full Geometric Description of All Symmetry Elements of Crystal Space Groups by the
Suitable Choice of Only Three Vectors for Each Bravais Cell or Crystal Family, International Symposium on Advanced
Mechanical Engineering, between University of Fukui (Japan), Pukyong National University (Korea) and University of
Shanghai for Science and Technology (China), Shanghai, China, 23.-26.11.2005
Florian Hoppe, Gerald Sommer, Local Linear Models for System Control, 12th International Conference on Neural
Information Processing (ICONIP 2005), Taipei, Taiwan, 30.10.-02.11.2005
Yohannes Kassahun, Gerald Sommer, Efficient Reinforcement Learning Through Evolutionnary Acquisition of Neural
Topologies, 13th European Symposium on Artificial Neural Networks (ESANN'05), Bruges, Belgium, 27.-29.04.2005
Yohannes Kassahun, Gerald Sommer, Neural Robot Controller Design Using Evolutionary Acquisition of Neural
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tf
Topologies, 19. Fachgespräch Autonome Mobile Systeme (AMS 2005), Stuttgart, Deutschland, 08.-09.12.2005
Martin Krause, Gerald Sommer, A 3D Isotropic Quadrature Filter for Motion Estimation Problems, SPIE Int. Conference on
Visual Communications and Image Processing, Beijing, China, 12.-15.07.2005
Christian Perwass, Das EU-Projekt VISATEC - Ergebnisse einer Forschungskooperation, Jahrestagung der Initiative
Bildverarbeitung, Kiel, Deutschland, 12.05.2005
Christian Perwass, An Introduction to Geometric Algebra and its Applications, University of California, Davis, USA,
01.07.-15.08.2005
Christian Perwass, Christian Gebken, Estimation of Geometric Entities and Operators from Uncertain Data, 27.
Symposium für Mustererkennung (DAGM 2005), Wien, Österreich, 30.08.-02.09.2005
Christian Perwass, Geometric Algebra & CLUCalc, CIRM Workshop Geometric Algebras and Applications, Marseille,
Frankreich, 02.-04.11.2005
Christian Perwass, E.M.S. Hitzer, Interactive Visualization of Full Geometric Description of Crystal Space Groups, Int.
Symposium on Advanced Mechanical Engineering, Shanghai, China, 23.-26.11.2005
Christian Perwass, Geometric Algebra and Applications: An Overview, Technion, Haifa, Israel, 23.-30.11.2005
Christian Perwass, Geometric Algebra Basics, Technion, Haifa, Israel, 23.-30.11.2005
Christian Perwass, Geometric Algebra Numerics, Technion, Haifa, Israel, 23.-30.11.2005
Nils T Siebel, International Winter School on Visual Surveillance, Lecture Series, Universita del Sannio, Benevento,
Italien, 05.-09.12.2005
Gerald Sommer, Applications of Geometric Algebra in Robot Vision, CIRM Workshop Geometric Algebras and Applications,
Marseille, Frankreich, 02.-04.11.2005
Gerald Sommer, Di Zang, Parity Symmetry in Multi-dimensional Signals, 4th International Conference on Wavelet
Analysis and its Applications (WAA 2005), Macau, China, 30.11.-02.12.2005
Antti Tolvanen, Christian Perwass, Gerald Sommer, Projective Model for Central Catadioptric Cameras Using Clifford
Algebra, 27. Symposium für Mustererkennung (DAGM 2005), Wien, Österreich, 30.08.-02.09.2005
Di Zang, Gerald Sommer, An Operator for the Analysis of Superimposed Intrinsically Two Dimensional Patterns, 12th Int.
Workshop on Systems, Signals and Image Processing (IWSSIP'05), Chalkida, Griechenland, 22.-24.09.2005
An dieser Stelle seien die Anstrengungen der gesamten Arbeitsgruppe, aber insbesondere der Laboringenieure G. Diesner
und H. Schmidt gewürdigt, die Neubeschaffungen zur Reinvestion unserer Laborausstattung mittels HBFG-Mitteln zügig zu
realisieren. Dr. Siebel gelang es, mit Hilfe einer sehr aktiven Gruppe von Studenten unser neues mobiles Roboterfahrzeug
Powerbot der Firma ActivMedia Robotics und den neuen Roboterarm Thermo 3 der Firma Thermo in einen einsatzfähigen
Zustand zu überführen.
Auch im Mai 2005 hat Dr. Siebel unsere Arbeitsgruppe wieder erfolgreich am Girls day der Informatik vertreten.
Prof. Sommer war für das wissenschaftliche Programm der Jahrestagung 2005 der Initiative Bildverarbeitung SchleswigHolstein verantwortlich. Auf dieser, in der Industrie- und Handelskammer zu Kiel am 12. Mai 2005 durchgeführten
Veranstaltung, stellten sich drei Firmen und drei Hochschulen mit interessanten Beiträgen zum Thema Visuelle Robotik
vor. Dr. Perwass gab hierbei eine kleine Übersicht über die im EU-Projekt VISATEC erreichten Ergebnisse.
Dr. Siebel realisierte als alleiniger Vortragender im Zeitraum 04.12.-10.12.2005 an der Universität Benevento, Italien,
eine International Winter School on Visual Surveillance. Diese Veranstaltung wurde durch das Marie-Curie-Programm der
Europäischen Union finanziert.
Prof. Sommer wurde von der französischen Forschungsorganisation CIRM zu einem Workshop nach Marseille eingeladen,
um über Anwendungen der Geometrischen Algebra in den Ingenieurwissenschaften vorzutragen. Auÿerdem wurde er als
Keynote Speaker zur 4. Int. Conf. Wavelet Analysis and its Applications eingeladen, um die Forschungsergebnisse der
Arbeitsgruppe auf dem Gebiet der Analyse mehrdimensionaler Signale vorzustellen. Von der Universität Heidelberg wurde
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Prof. Sommer zu einer Teilnahme an Workshop Ungelöste Probleme der Mustererkennung eingeladen. Er war Mitglied
der Promotionskommission von R. Duits an der Technischen Universität Eindhoven. Diese Dissertation hatte zum Teil
inhaltlichen Bezug zu dem in Kiel etablierten Modell eines monogenen Skalenraumes.
Die in Wien im September 2005 durchgeführte Jahrestagung der Deutschen Arbeitsgemeinschaft für Mustererkennung
(DAGM e.V.) gab für unsere Arbeitsgruppe in dreifacher Hinsicht Anlass zu groÿer Freude. Erstens gewann Dr. Perwass
den DAGM-Preis 2005 mit einem Beitrag zur Schätzung von geometrischen Entitäten und Operatoren in einem durch
die konforme geometrische Algebra gegebenen einheitlichen Ansatz. Zweitens erhielt Dr. Rosenhahn (damals Auckland,
Neuseeland, nun MPII Saarbrücken) als Alumni der Arbeitsgruppe den DAGM-Hauptpreis 2005 für einen Beitrag
zur markerfreien Bewegungsschätzung menschlicher Bewegungen. Hierbei kam das in Kiel entwickelte Verfahren zur
Poseschätzung in der konformen geometrischen Algebra zur Anwendung. Schlieÿlich wurde an Dr. Felsberg (nun Linköping,
Schweden) der renomierte Olympuspreis 2005 für seine in Kiel durchgeführten Arbeiten zum monogenen Signal und zum
monogenen Skalenraum verliehen.
Wir freuen uns mit Dr. Buchholz, dass ihm der Förderverein der Technischen Fakultät der CAU den Preis für die beste
Promotion des Akademischen Jahres 2004/2005 zuerkannte.
Als permanentes Mitglied des Steering Committees der International Conference on Computer Analysis of Images and
Patterns (CAIP) nahm Prof. Sommer an der CAIP 2005 in Paris teil.
Prof. Sommer ist Mitglied des Editorial Boards der Zeitschrift Journal of Visual Communications and Image Representations
and des Advisory Boards der Zeitschrift Machine Graphics & Vision.
Prof. Sommer ist stellvertretender Vorsitzender der Deutschen Arbeitsgemeinschaft für Mustererkennung e.V. (DAGM).
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Kommunikationssysteme
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Die Arbeitsgruppe Kommukationssysteme wurde im Okt. 2000 im Institut für Informatik der CAU Kiel eingerichtet und wird
seit diesem Zeitpunkt von Prof. Dr.-Ing. Norbert Luttenberger geleitet. In drei Arbeitsbereichen setzt sich die AG COMSYS
intensiv mit sicheren und effizienten Kommunikationssystemen auseinander.
Ergebnisse
1. Innovativer Datenschutz
Die bereits im Vorjahresbericht dargestellten Arbeiten zur Entwicklung eines elektronischen Datentreuhänders für die
pharmakogenetische Forschung der Schering AG (Berlin) wurden weitergeführt. Mit Hilfe dieses Datentreuhänders sollen
die personenbezogenen Daten von Teilnehmern an pharmakogenetischen Studien in einer Biobank sicher verwahrt und
diese Daten nur unter eng definierten Bedingungen über eigens gesicherte Prozeduren zur Verfügung gestellt werden. In der
zweiten Projektphase standen drei Biobank-Prozesse im Mittelpunkt der Überlegungen: die sichere und datenschutzgerechte
Zusammenführung von genetischen und klinischen Daten, die Weiterleitung von sicher anonymisierten klinischen und
genetischen Daten an Dritte und der genetische Feedbackprozess. Der letztgenannte Prozess ist erläuterungsbedürftig:
Wenn im Rahmen eines pharmakogenetischen Forschungsprozesses relevante und statistisch signifikante Erkenntnisse
zum Zusammenhang zwischen Arzneimittelverträglichkeit und genetischer Konstitution gefunden werden, dann räumt
die Schering AG den Probenspendern, die an der betreffenden Studie mitgewirkt haben, die Möglichkeit ein, eine
Auskunft über ihre individuellen genetischen Daten zu bekommen. Diese Auskunft wird unter zwei Maÿgaben erteilt:
Zum einen werden die individuellen genetischen Daten vor Weiterleitung an den Probenspender durch eine zweite
Analyse verifiziert, und zum anderen wird ein vom Probenspender gewählter Arzt in den Prozess einbezogen, sodaÿ eine
genetische Beratung gewährleistet ist. Von der AG Kommunikationssysteme wurde für die drei genannten Biobank-Prozesse
ein Konzeptpapier erstellt, das als Input für die Datenschutz-Auditierung durch das Unabhängige Landeszentrum für
Datenschutz Schleswig-Holstein (ULD) dient. Das Konzeptpapier wurde im Oktober 2005 beim ULD eingereicht; mit einer
positiven Auditierung wird für Anfang 2006 gerechnet.
2. Web Service Firewalls
Wie im Vorjahresbericht dargestellt wurde, in der AG Kommunikationssysteme ein neuartiges Verfahren für die
Validierung von XML-codierten Dokumenten und Nachrichten entwickelt. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann schneller und
differenzierter als mit sonst üblichen Verfahren überprüft werden, ob ein XML-codiertes Dokument bzw. eine XML-codierte
Nachricht einer Grammatik ( XML Schema ) genügt, die für den jeweiligen Verwendungszweck definiert ist. Auf der
CeBIT'04 wurde ein auf diesem Verfahren aufbauendes Firewall-System vorgestellt, das die bei der Web Service-basierten
Kommunikation ausgetauschten XML-codierten Nachrichtenströme automatisch auf Validität überprüft. Nach Überarbeitung
und Weiterentwicklung konnte dieses System an einen industriellen Partner, die Seclutions AG in Zürich, transferiert
werden. Die Seclutions AG beschäftigt sich intensiv mit der Sicherung der Kommunikation im World Wide Web und
betrachtet das System der AG Kommunikationssysteme als wichtige Ergänzung des vorhandenen Produktspektrums.
3. Software Architecture for Radio-based Mobile Systems (SWARMS)
Das SWARMS-Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen ihres Schwerpunktprogramms SPP
1140 Basissoftware für selbstorganisierende Infrastrukturen für vernetzte mobile Systeme gefördert. Es geht um die
Untersuchung von Paradigmen für die Kooperation und Kommunikation von kleinen und kleinsten Sensorsystemen, die
per Funk miteinander kommunizieren und dabei in Rechenleistung, Speicherkapazität und Energievorrat sehr eng limitiert
sind. Gemeinsam mit dem Projektpartner, Prof. Dr. Stefan Fischer (Universität Lübeck), wird hier vor allem das Paradigma
des Distributed Virtual Shared Information Space untersucht. Im Mittelpunkt der Arbeiten der AG Kommunikationssysteme
stand die Definition eines Simulationssystems, das es gestattet, die Qualität der von den Kleinsystemen erfassten Daten in
Beziehung zu setzen zu dem dafür erforderlichen Kommunikationsaufwand. Im Jahr 2005 konnte das Simulationssystem
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um eine Komponente für die Definition von sog. Hardware Abstraction Layers und um eine Komponente für die
Bewegungssteuerung von mobilen Systemen erweitert werden.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. N. Luttenberger; Sekretariat: M. Lutz (50%)
Technisches Personal: I. Cembrowski (50%)
Dipl.-Inf. N. Gruschka
Web Sevice Firewalls
01.01.-31.12.2004
Dipl.-Ing. J. Koberstein
SWARMS
01.04.-31.12.2004
DFG
Winter 2004/2005
Verteilte Systeme, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
N. Luttenberger (+ N. Gruschka)
Netzwerksicherheit, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
XML-basierte Kommunikation, 2 Std. Seminar/Woche,
N. Luttenberger
Sommer 2005
Computer Networks, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Kommunikationssysteme (Zertifikatsstudium), 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Dokumentieren und Präsentieren, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
N. Luttenberger (+ N. Luttenberger)
Winter 2005/2006
Internet Communications, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Systemorientierte Informatik 3 (Betriebssysteme), 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Deutsche Forschungsgemeinschaft, Projekt SWARMS, 01.04.2005-31.03.2007 (ca. 130000 EUR)
Fa. Seclutions AG, Projekt Web Service Firewalls, 01.01.-31.12.2005 (ca. 10000 EUR)
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Drittmittel
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Sehr intensive Zusammenarbeit gab es mit der Schering AG, der Seclutions AG und dem Institut für Telematik der Universität
zu Lübeck (Prof. Dr. Stefan Fischer). Auf den Ergebnisbericht wird verwiesen.
Ralph Herkenhöner, Event-based and Policy-driven Web Service Firewall, 25.10.2005
Veröffentlichungen
J. Koberstein, N. Luttenberger, Wireless Sensor Networks in virtueller Umwelt, 4. GI/ITG KuVS Fachgespräch, (2005)
N. Luttenberger, C.-S. Stürzebecher, J. Reischl, M. Schröder, Der elektronische Datentreuhänder., DIGMA Zeitschrift für
Datenrecht und Informationssicherheit, 5, 24 - 29 (2005)
Präsentationen
N. Luttenberger, Schutz genetischer Daten durch elektronische Treuhänderschaft, Hamburger Kommission für Fragen der
Gentechnik, Hamburg, 10.03.2005
N. Luttenberger, Struktur und Funktion technischer Artefakte - Schreibübungen aus dem Katalog, Institut für Sprachund Kommunikationswissenschaft der RWTH Aachen, Aachen, 04.11.2005
N. Luttenberger, Grenzsysteme im Internet, Night of the Profs, CAU Kiel, Kiel, 25.11.2005
N. Luttenberger, Schutz genetischer Daten durch elektronische Treuhänderschaft, Projekt SESAM, Universität Basel,
Basel, 09.12.2005
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Multimediale Systeme zur Informationsverarbeitung
Die Arbeitsgruppe Multimediale Informationsverarbeitung arbeitet an Themen der Computer Vision und Computer
Graphik. Schwerpunkt in 2005 waren die geometrische und visuelle Rekonstruktion von 3D-Szenen aus Bildfolgen sowie
die Echtzeitverfolgung von 3D-Objekten und Kamerabewegungen. Es wurden die laufenden Projekte im Bereich der
3D-Modellierung für Mixed-Reality-Anwendungen (EU-Projekt MATRIS) und bei der Echtzeitverfolgung von 3D-Objekten
im industriellen Umfeld (BMBF ARTESAS) weiter verfolgt. Zudem wurde zusammen mit SIEMENS A&D ein Projekt zur
mobilen Objektverfolgung mittels eines verteilten Augmented-Reality Trackingsystems (SmartAR) gestartet. Zusammen mit
der Fa. IBAK, Kiel, wird zurzeit ein 3D-Inspektionssystem von Abwasserkanälen entwickelt, welches die 3D-Rohrstruktur
und die Bewegung eines autonomen Inspektionsroboters aufgrund von Fischaugensequenzen analysiert. In verschiedenen
studentischen Projekten wurden zudem Arbeiten zur Echtzeitvisualisierung und zur Echtzeit-Kamerabewegungsschätzung
im Multimedia-Interaktionslabor durchgeführt.
Ergebnisse
Schwerpunkt der Arbeiten lag in diesem Jahr auf Verfahren zur schnellen und robusten videobasierten Objektverfolgung
für Augmented Reality Systeme. Beispielhaft wird hier die Registrierung zwischen einem Objekt (Motorraum) und der
Datenbrille eines Head Mounted Display eines Service Technikers mittels Kamera dargestellt, wie es als eines der Szenarien
im BMBF-Projekt ARTESAS entwickelt wurde.
Abb. 1: Automatische Objektverfolgung und Informationsvisualisierung. Links: Verfolgung des Objektes (Motor) anhand
von 3D-Merkmalen aus der Bildfolge. Rechts: Überlagerung von Informationen (Augmented Reality) für die industrielle
Servicetechnik im BMBF-Projekt ARTESAS.(Quelle: ARTESAS)
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. R. Koch; Sekretariat: R. Staecker (50%)
Technisches Personal: T. Storm
B. Bartczak
MATRIS
01.06.-31.12.2005
EU
J.-F. Evers-Senne
ARTESAS
01.01.-31.12.2005
BMBF
J.-M. Frahm
Landesstelle/MATRIS
01.01.-31.07.2005
CAU/EU
D. Grest
01.01.-31.12.2005
Daimler/CAU
3D-Fahrumgebungserfassung
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K. Koeser
01.01.-31.12.2005
EU
15.06.-31.12.2005
BMBF
01.05.-31.12.2005
BMBF/CAU
01.01.-15.07.2005
CAU
01.01.-31.12.2005
ISH
MATRIS
I. Schiller
ARTESAS
B. Streckel
ARTESAS/Landesstelle
F. Woelk
Landesstelle
J. Woetzel
IBAK
Winter 2004/2005
Computer Graphik, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Koch (+ J.-M. Frahm)
Diplomandenseminar Multimediale Informationsverarbeitung, 2 Std. Seminar/Woche,
Multimedia Communications, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Seminar Visuelle Modellierung, 2 Std. Seminar/Woche,
R. Koch (+ F. Woelk)
Sommer 2005
3D-Szenenrekonstruktion aus Bildfolgen, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Koch (+ B. Streckel)
Systemorientierte Informatik IV - Signalverarbeitung, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Koch (+ F. Woelk)
Diplomandenseminar, 2 Std. Seminar/Woche,
Fortgeschrittenenpraktikum Augmented Reality, 4 Std. Praktikum/Woche,
D. Grest
D. Grest
Kompression multimedialer Daten, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Winter 2005/2006
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Computer Graphik, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Koch (+ B. Streckel, B. Bartczak)
Diplomandenseminar Multimediale Informationsverarbeitung, 2 Std. Seminar/Woche,
Multimedia Communications, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
D. Grest
D. Grest
Drittmittel
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EU, MATRIS Markerless Real-Time Tracking for Augmented Reality Image Synthesis, 01.02.2004-31.01.2007
(473.851,00 EUR)
BMBF, Verbundprojekt ARTESAS: Advanced Augmented Reality Technologies for Industrial Service Applications,
01.03.2004-30.06.2006 (223.736,00 EUR)
TSH, Entwicklung einer echtzeitfähigen Objektverfolgung auf einem portablen System, 01.07.2004-31.05.2005
(3.000,00 EUR)
ISH, Automatische 3D-Oberflächeninspektion von Abwasser-Kanalröhren mittels 3D Bildverarbeitung,
01.08.2004-31.07.2006 (120.000,00 EUR)
HDW, Machbarkeitsstudie zur Objekterkennung in Unterwasserumgebungen, 11.05.-31.08.2005 (6. 240,00 EUR)
SIEMENS, Zeiss, EADS, Metaio, FuE-Leistungen zu Augmented Reality Trackingverfahren, 15.07.-20.09.2005
(48.800,00)
SIEMENS, Konzipierung und Entwicklung eines Demonstrators für ein System zum verteilten AR-Tracking für Smart-AR,
04.08.2005-31.03.2006 (52.200,00)
DLR/RWTH, ARTESAS-Unterauftrag Augmented Reality Trackingverfahren, 21.11.2005-30.06.2006 (40.000,00)
Dr. Oliver Grau, Dr. Graham Thomas, BBC Research and Development , Kingswood, UK
Morten Bo Jensen, BMW Research , München
Dr. Stefan Gehrig Daimler Chrysler Research , Esslingen
Dr. Dieter Langer, EADS Military Aircraft , München
Dr. Hunger, Fa. IBAK , Kiel
Dr. Didier Stricker, IGD - FHG , Darmstadt
Prof. Dr.-Ing. Michael Felsberg, Linköping University , Linköping, Schweden
Wolfgang Friedrich, Siemens A & D , Nürnberg
B. Bartczak, Graduiertenbasierte Schätzung der Kamerabewegung aus Videobildfolgen, 02.05.2005
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I. Schiller, Development of a mobile system for automatic color based tracking, 03.05.2005
B. Schümann, Datenschutz vs. Qualitätssicherung, 01.09.2005
Dissertationen
J.-M. Frahm, Camera Self-Calibration with Known Camera Orientation, 30.05.2005
Veröffentlichungen
R. Koch, J.-F. Evers-Senne, View Synthesis and Rendering Methods, In: O. Schreer, P. Kauff, T. Sikora (Eds), 3D
Videocommunication - Algorithms, concepts and real-time systems in human-centered communication Wiley 2005,
ISBN-13 987-0-470-02271-9, 151 - 172 (2005)
D. Grest, D. Herzog, R. Koch, Human Model Fitting from Monocular Posture Images, Proceedings of VMV 2005, (2005)
D. Grest, R. Koch, Multi-Camera Person Tracking in a Cluttered Interaction Environment, Proceedings of CAIP, (2005)
D. Grest, J. Woetzel, R. Koch, Nonlinear Body Pose Estimation from Depth Images, Proceedings of DAGM, (2005)
J.-M. Frahm, K. Koeser, D. Grest, R. Koch, Markerless Augmented Reality with Light Source Estimation for Direct
Illumination, Proceedings of CVMP, 209 - 218 (2005)
B. Streckel, J.-F. Evers-Senne, R. Koch, Lens Model Selection for a Markerless AR Tracking System, Proceedings of
ISMAR, (2005)
B. Streckel, R. Koch, Lens Model Selection for Visual Tracking, Proceedings of DAGM, (2005)
O. Grau, R. Koch, F. Lavagetto, A. Sarti, S. Tubaro, J. Woetzel, The ORIGAMI Project: Advanced Tools for Creating and
Mixing Real and Virtual Content in Film and TV Production, Journal IEE Proceedings Vision, Image and Signal
Processing, (2005)
R. Koch, K. Koeser, B. Streckel, J.-F. Evers-Senne, Markerless Image-based 3D Tracking for Real-time Augmented Reality
Applications, Proceedings of WIAMIS, (2005)
R. Koch, J.-F. Evers-Senne, J.-M. Frahm, K. Koeser, 3D Reconstruction and Rendering from Image Sequences,
Proceedings of WIAMIS, (2005)
F. Woelk, R. Koch, S. Gehrig, A Monocular Collision Warning System, Proceedings of CRV 2nd Canadian Conference on
Computer and Robot Vision, Victoria, Canada, (2005)
F. Woelk, I. Schiller, R. Koch, An Airborne Bayesian Color Tracking System, Proceedings of IEEE Intelligent Vehicles
Symposium, Las Vegas USA, (2005)
Präsentationen
D. Grest, Human Model Fitting from Monocular Posture Images, VMV, Erlangen, 16.-18.11.2005
D. Grest, Multi-Camera Person Tracking in a Cluttered Interaction Environment, CAIP, Paris, Frankreich, 05.-08.09.2005
D. Grest, Nonlinear Body Pose Estimation from Depth Images, DAGM, Wien, Österreich, 30.08.-02.09.2005
K. Koeser, Markerless Augmented Reality with Light Source Estimation for Direct Illumination, CVMP,
30.11.-01.12.2005
B. Streckel, Lens Model Selection for a Markerless AR Tracking System, ISMAR, Wien, Österreich,
06.10.2005-08.10.2006
F. Streckel, Lens Model Selection for Visual Tracking, DAGM, Wien, Österreich, 30.08.-02.09.2005
R. Koch, Markerless Image-based 3D Tracking for Real-time Augmented Reality Applications, WIAMIS, Montreux,
Schweiz, 11.-15.04.2005
R. Koch, 3D Reconstruction and Rendering frim Image Sequences, WIAMIS, Montreux, Schweiz, 11.-15.04.2005
R. Koch, Analysis by Synthesis in 3D-Reconstruction from Images, TWK, Tübingen, 25.-27.02.2005
F. Woelk, A Monocular Collision Warning System, CRV, Victoria, Kanada, 08.-11.05.2005
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F. Woelk, An Airborne Bayesian Color Tracking System, IEEE, Las Vegas, USA, 06.-08.06.2005
Spaÿ am Girls' Day , 28.04.2005: Im Multimedialabor unter dem Thema Interaktive 3D Computergraphik fand eine
zweiteilige Vorführung statt. Die Wirkungsweise eines 3D-Kinos und die Bewegung in einer virtuellen Welt wurden für
die Schülerinnen der 11ten bis 13ten Jahrgänge erfahrbar.
Das Paper An Airborne Bayesian Color Tracking System von Ingo Schiller und Felix Woelk wurde mit dem Best Student
Paper Award der IV'05 Las Vegas ausgezeichnet.
Ingo Schiller erhielt für seine Diplomarbeit Development of a mobile system for automatic color based tracking einen der
Professor Dr. Werner Petersen-Preise der Technik 2005.
Bogomil Bartczak wurde auf dem Winterfest der Technischen Fakultät für seine Diplomarbeit Graduiertenbasierte Schätzung
der Kamerabewegung aus Videobildfolgen geehrt.
Die Arbeitsgruppe organisierte das Winterfest der TF mit dem Tag der Informatik zum Thema Computer Graphik
Felix Woelk wurde zu einem 6-monatigem Forschungsaufenthalt zu Siemens Corporate Research, Princeton, New Jersey,
eingeladen.
Interuniversitäre Gremien
- Vorsitzender des Prüfungsausschusses Ingenieurinformatik
- Transdisziplinäre Kommission zum Studiengang Phonetik und Sprachverarbeitung
- Gemeinsame Kommission der Christian-Albrechts-Universität, der Fachhochschule Kiel und der Muthesius Schule für den
Multimedia-Campus Kiel
Gutachtertätigkeit
Mitglied in folgenden Programm-Komitees internationaler Tagungen:
- DAGM 2005: Deutschen Arbeitsgemeinschaft Mustererkennung
- VMV 2005: International Workshop on Vision, Modeling, and Visualisation
- IEEE CVPR A3DISS 2005: Workshop on Advanced Imaging for Safety and Security
- CAIP 2005: Conference on Analysis of Images and Pattern
- CVMP 2005: Conference for Visual Media Production
- ICIP 2005: International Conference for Image Processing
- WIAMIS 2005: International workshop on Image Analysis for Multimedia Interactive Services
- ACM SIGGRAPH 2005: Conference
- Mitglied des Technischen Kommittees der DAGM
Gutachter für folgende Zeitschriften:
- IEEE Transactions for Pattern Analysis and Machine Intelligence
- IEEE-IE Transactions IE, Special Issue on Optomechatronics
- Springer Verlag, Buchbegutachtungen
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- IEE - VIS Vision, Image & Signal Processing Journal
- International Journal of Image and Graphics
- LNCS Springer Series
- IEEE T-IP: Transactions for Image Processing
- IEEE T-VCG: Transactions of Visualisation and Computer Graphics
- MVA Machine Vision Applications Journal
- IEEE T-PAMI Transactions of Pattern Analysis and Machine Intelligence
- Journal on CVIU Computer Vision and Image Unterstanding
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Programmiersprachen und Übersetzerkonstruktion
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Die Arbeiten des Lehrstuhls für Programmiersprachen und Übersetzerkonstruktion konzentrieren sich auf den Bereich
des Entwurfs, der Realisierung und der Anwendung von Programmiersprachen zur zuverlässigen Programmierung
komplexer Systeme. Die Untersuchungen reichen dabei von objektorientierten Entwurfsmethoden über die Analyse verteilter
Systeme bis zur Implementierung und Anwendung deklarativer Programmiersprachen. Im Berichtszeitraum wurden die
wissenschaftlichen Arbeiten durch die DFG unterstützt. Die internationalen Kontakte zur Technischen Universität Valencia
(Spanien), zur Portland State University (USA) und zur University of Kent (England) führten zu erfolgreichen gemeinsamen
Forschungsarbeiten.
Ergebnisse
Im Berichtszeitraum lag der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten in den Bereichen Konzeption, Implementierung und
Anwendung deklarativer Programmiersprachen. Insbesondere wurde die Zusammenarbeit mit der Portland State University
(Oregon, USA) durch einen längeren Forschungsaufenthalt von Prof. Michael Hanus am Partnerinstitut intensiviert.
Im Bereich der Konzeption deklarativer Programmiersprachen wurden in Zusammenarbeit mit der Portland State University
konzeptuelle Fragestellungen beim Entwurf deklarativer Programmiersprachen behandelt. Zum einen wurde ein neues
Konzept zum Pattern Matching entwickelt, genannt funktionale Muster, mit denen man Abstraktionen für Muster definieren
kann, was in existierenden deklarativen Sprachen bisher nicht möglich ist. Andererseits erhöht sich die Ausdruckskraft,
weil mit funktionalen Mustern Funktionen invertierbar und damit wiederverwendbar werden, ohne diese vollständig zu
evaluieren. Darüberhinaus erhöhen funktionale Muster die Lesbarkeit und Wartbarkeit deklarativer Programme. In einem
anderen Projekt haben wir uns mit dem minimalen Kern logisch-funktionaler Sprachen beschäftigt, d.h. der Fragestellung,
ob bestimmte Sprachelemente eventuell durch andere dargestellt werden können. Dabei konnten wir zeigen, dass sowohl
überlappende Regeln durch logische Variablen als auch logische Variablen durch überlappende Regeln modelliert werden
können. Eine praktische Konsequenz dieser Erkenntnis ist die Tatsache, dass Implementierungen logisch-funktionaler
Sprachen einfacher gestaltet werden können, da nur eines dieser Konzepte fest implementiert werden muss und das jeweils
andere darauf abgebildet werden kann.
Weiterhin wurde die Zusammenarbeit mit der Portland State University (USA) im Bereich der Implementierung deklarativer
Sprachen fortgeführt. Insbesondere wurde eine virtuelle Maschine zur Übersetzung deklarativer Programme entworfen
und praktisch umgesetzt. Diese Maschine basiert auf neuesten Erkenntnissen zur Theorie der optimalen Auswertung
deklarativer Programme. Darüberhinaus realisiert diese Maschine im Gegensatz zu bisherigen Implementierungen eine
faire Suchstrategie zur Ausführung nichtdeterministischer Berechnungen.
Im Bereich der Anwendung deklarativer Programmiersprachen ist die Zusammenarbeit mit der Technischen Universität
Valencia im Berichtszeitraum fortgeführt worden, wobei der Schwerpunkt auf der Entwicklung neuer Techniken zum
Debugging deklarativer Programmiersprachen lag. Da deklarative Programmiersprachen stärker als herkömmliche
Programmiersprachen von konkreten Rechnerarchitekturen abstrahieren, bieten sie ein höheres Programmierniveau.
Insbesondere liegt ihnen ein anderes Ausführungsmodell zugrunde, welches sich aus Gründen der Optimierung der
Ausführungsreihenfolge nicht am sequentiellen Programmtext orientiert. In vielen Fällen führt dies zu einer effizienteren
Programmentwicklung. Falls jedoch Programmierfehler auftreten, sind herkömmliche Debugging-Methoden durch
Verfolgung des konkreten Berechnungsablaufs unzureichend. Aus diesem Grund wurden in diesem Projekt neue DebuggingMethoden entwickelt, die auf die Besonderheiten deklarativer Programmiersprachen zugeschnitten sind. Nachdem in den
Vorjahren durch die Definition einer geeigneten Semantik ein theoretisches Fundament für Debugging-Methoden gelegt
worden ist, wurden nun Tracing-Methoden entwickelt, mit denen man den Berechnungsverlauf auf einem abstrakten Niveau
verfolgen und daher Fehler leicht aufspüren kann. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Zusammenarbeit war die Entwicklung
von Methoden und Werkzeugen zum Performance-Debugging, d.h. zur Beoabachtung von Programmen bezüglich ihres
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Resourcenverbrauchs. Ziel ist dabei das Erkennen von Programmteilen, die besonders viel Zeit oder Speicher verbrauchen,
um diese Programmteile gezielt zu optimieren. Zu diesem Zweck wurde ein Profiling-Werkzeug entwickelt, mit dem der
Resourcenverbrauch deklarativer Programme sowohl symbolisch (bezüglich einzelner Basisoperationen) als auch in realen
Gröÿen analysiert werden kann.
In einer weiteren Zusammenarbeit mit der University of Kent (England) wurde ein Programmierwerkzeug entwickelt, mit dem
man Berechnungen in logisch-funktionalen Programmen beobachten kann, in dem man bestimmte Programmobjekte zur
Beobachtung kennzeichnet. Da diese Beobachtungsobjekte sowohl Daten als auch Funktionen oder logische Variablen sein
können, kann sich der Programmierer hiermit einen guten Überblick über die Auswertung der jeweiligen Programmobjekte
in einem Programmablauf verschaffen. Dieses Werkzeug wurde im Berichtszeitraum mit einer neuen graphischen
Schnittstelle versehen, die es dem Programmierer ermöglicht, sehr einfach neue Beobachtungsobjekte zu definieren und
die Programme bezüglich dieser Beobachtungen ablaufen zu lassen.
Die Programmierung nebenläufiger und verteilter Systeme gestaltet sich in der Praxis oft schwierig, da Deadlocks und
Lifelocks verhindert werden sollten. Neue Kommunikationsmechanismen können den Programmierer hierbei sehr gut
unterstützen. Für Concurrent Haskell wurden die von Datenbanken bekannten Transaktionen als Kommunikationsabstraktion
zur Synchronisation und Kommunikation nebenläufiger Prozesse erfolgreich eingesetzt. Wir haben im Berichtszeitraum
eine Methode entwickelt, um dieses Transaktionskonzept auch in Concurrent Haskell selber zu implementieren. Diese
Implementierung führt zum einen zu einem besseren Verständnis des Ansatzes, bildet zum anderen aber auch eine Basis
für potentielle Erweiterungen bis hin zu einem neuen, abstrakteren Konzept zur verteilten Programmierung.
Um die Sicherheit bei der Programmierung mit deklarativen Sprachen zu verbessern, wurde eine neue Analysetechnik
entwickelt, mit deren Hilfe man unerwünschte nichtdeterministische Berechnungen schon zur Übersetzungszeit entdecken
kann. Zur besseren Unterstützung der Programmierung von Anwendungssystemen mit deklarativen Sprachen wurde
ein neues Konzept zur Verwaltung persistenter Daten in deklarativen Programmen vorgeschlagen und mit Hilfe einer
relationalen Datenbankimplementierung praktisch umgesetzt. Hierdurch wird eine für den Programmierer einfache
und sichere Einbindung relationaler Datenbanken in deklarative Programme ermöglicht. Diese Konzepte wurden in
Verbindung mit den schon vorhandenen Konzepten zur Programmierung dynamischer Web-Seiten in einem studentischen
Fortgeschrittenenpraktikum verwendet, um ein neues System zur Unterstützung von E-Learning zu realisieren. Konkret
wurde das System SOL entwickelt und praktisch implementiert, mit dem Lernende Übungen ortsungebunden bearbeiten
und abgeben können. Dabei kann die Art der Übungsaufgaben von Multiple-Choice- über Lückentext- bis hin zu
Programmieraufgaben variieren, wobei die Lösungen bei der Abgabe automatisch überprüft werden. Dieses System wurde
bei der Anfängervorlesung in der Informatik im Wintersemester 2005/06 erstmalig eingesetzt.
Im Bereich der Öffentlichkeitsarbeit beteiligte sich der Lehrstuhl an der Durchführung des Girls' Day am 28. April 2005.
Hierbei wurde mit den Schülerinnen ein kleiner Programmierkurs durchgeführt mit dem Ziel, einfache grundlegende
Programmiertechniken am Beispiel der Programmierung des Marienkäfers Kara zu erlernen. Dieses Beispiel wurde auch
als Einführung in die Programmierung im Rahmen des Schnupperstudiums Informatik für Schülerinnen verwendet, das
inhaltlich von Dr. Frank Huch ausgestaltet wurde. Hierbei erhielten die Schülerinnen auch eine Einführung in die verteilte
Programmierung mit der Sprache Erlang und implementierten als Abschlussprojekt einen verteilten Chat.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. Michael Hanus; Sekretariat: Ulrike Pollakowski-Geuther
Technisches Personal: Dipl.-Ing. Thomas Heÿ (50%)
Dr.phil. Bernd Braÿel
Fehlersuche in deklarativen Programmen
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01.01.-31.12.2005
DFG+CAU
Abb. 1: Die Kursleitersicht im Web-basierten Übungssystem SOL
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Dipl.-Inf. Sebastian Fischer
15.09.-31.12.2005
CAU
Priv.-Doz. Dr. Wolfgang Goerigk
01.01.-31.12.2005
CAU
Dr. Frank Huch
01.01.-31.12.2005
CAU
01.-31.01.2005
CAU
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Inf. Klaus Höppner
Dr. Friedemann Simon
Winter 2004/2005
Prinzipien von Programmiersprachen, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Michael Hanus (+ Frank Huch)
Probleme beim Bau voll korrekter Übersetzer, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Wolfgang Goerigk
Objektorientierte Programmierung, 2 (+4) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Friedemann Simon
Fortgeschrittenen-Praktikum Internet-Programmierung, 4 Std. Praktikum/Woche,
Michael Hanus (+ Bernd Braÿel)
Michael Hanus
Arbeitsgemeinschaft Informatik, Logik und Mathematik, 2 Std. Seminar/Woche,
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Abb. 2: Spielerisch programmieren lernen mit dem Marienkäfer Kara,
Girlsday / Schnupperstudium Informatik für Schülerinnen
M. Hanus, R. Berghammer
Sommer 2005
Systematisches Programmieren, 2 (+4) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Friedemann Simon
Funktionale Programmierung, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Frank Huch (+ Michael Hanus)
Implementierung objektorientierter Sprachen, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Wolfgang Goerigk
Winter 2005/2006
Michael Hanus
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Fortgeschrittene Techniken der funktionalen Programmierung, 2 Std. Seminar/Woche,
Michael Hanus (+ Frank Huch)
Informatik I (Programmierung/G1.1), 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Michael Hanus (+ Sebastian Fischer, Britta Kehden, Harald Fecher)
Programmierpraktikum (P1-G1.3), 3 Std. Praktikum/Woche,
Frank Huch (+ Michael Hanus)
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Programmiertechniken für die künstliche Intelligenz, 2 (+4) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Friedemann Simon
Drittmittel
DFG, Systematische Fehlersuche in deklarativen Programmen, 01.10.2004-31.12.2006 (127087 EUR)
Während des Berichtszeitraumes erfolgten Kooperationen mit:
University of Kent (Olaf Chitil)
Universidad Complutense Madrid (Elvira Albert)
Technische Universität Valencia (Maria Alpuente, Salvador Lucas, Josep Silva, German Vidal)
Portland State University (Sergio Antoy und Andrew Tolmach)
M. Engelke, Refactoring für logisch-funktionale Programme, 10.02.2005
S. Herhut, Ein Modulsystem zur Unterstützung von subtypbasierter Überladung unter Wahrung separater
Namensräume, 16.02.2005
B. Bahnsen, Ein allgemeiner Ansatz zur effizienten Generierung von Datenbanken für perfektes Spiel, 14.04.2005
S. Fischer, Functional Logic Programming with Databases, 19.04.2005
S. Strauÿ, Managementunterstützung durch Business Intelligence: Eine kritische Bestandsaufnahme, 19.04.2005
T. Gerhardts, Evolutionäre Algorithmen und das gradbeschränkte, minimale Spannbaum-Problem (Studienarbeit),
01.03.2005
H. Theman, Graphische Visualisierung von Java-Kommunikationsabstraktionen (Studienarbeit), 10.01.2005
J. Christiansen, Erweiterung von Web-Fun (Studienarbeit), 02.02.2005
Veröffentlichungen
Elvira Albert, Michael Hanus, Frank Huch, Javier Oliver, German Vidal, Operational Semantics for Declarative
Multi-Paradigm Languages, Journal of Symbolic Computation, 40(1), 795 - 829 (2005)
Maria Alpuente, Michael Hanus, Salvador Lucas, German Vidal, Specialization of Functional Logic Programs Based on
Needed Narrowing, Theory and Practice of Logic Programming, 5(3), 273 - 303 (2005)
Sergio Antoy, Michael Hanus, Proceedings of the ACM SIGPLAN 2005 Workshop on Curry and Functional Logic
Programming, ACM Press, (2005)
Sergio Antoy, Michael Hanus, Declarative Programming with Function Patterns, Proceedings of the International
Symposium on Logic-based Program Synthesis and Transformation (LOPSTR'05), 3 - 18 (2005)
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Sergio Antoy, Michael Hanus, Overlapping Rules and Logic Variables in Functional Logic Programs, Technischer Bericht,
Univ. Kiel, (2005)
Sergio Antoy, Michael Hanus, Jimeng Liu, Andrea Tolmach, A Virtual Machine for Functional Logic Computations,
Proceedings of the 16th International Workshop on Implementation and Application of Functional Languages, IFL
2004, Springer LNCS 3474, 108 - 125 (2005)
Bernd Braÿel, Michael Hanus, Nondeterminism Analysis of Functional Logic Programs, Proc. of the 21st International
Conference on Logic Programming, ICLP 2005, Springer LNCS 3668, 265 - 279 (2005)
Bernd Braÿel, Michael Hanus, Frank Huch, Josep Silva, German Vidal, Run-Time Profiling of Functional Logic Programs,
Proceedings of the International Symposium on Logic-based Program Synthesis and Transformation, LOPSTR'04,
Springer LNCS 3573, 182 - 197 (2005)
Robby Findler, Michael Hanus, Simon Thompson, Proceedings of the ACM SIGPLAN 2005 Workshop on Functional and
Declarative Programming in Education, ACM Press, (2005)
Sebastian Fischer, A Functional Logic Database Library, Proceedings of the ACM SIGPLAN 2005 Workshop on Curry and
Functional Logic Programming, WFLP 2005, 54 - 59 (2005)
Dietmar Seipel, Michael Hanus, Ulrich Geske, Oskar Bartenstein, Applications of Declarative Programming and
Knowledge Management, Springer Lecture Notes in Artificial Intelligence, 3392, (2005)
Michael Hanus, Functional Logic Programming: From Theory to Curry, Technischer Bericht, Univ. Kiel, (2005)
Michael Hanus, CurryTest: A Tool for Testing Declarative Programs, Proc. 19th Workshop on (Constraint) Logic
Programming, WLP 2005, (2005)
Michael Hanus, A Generic Analysis Environment for Declarative Programs, Proceedings of the ACM SIGPLAN 2005
Workshop on Curry and Functional Logic Programming, 43 - 48 (2005)
Bernd Braÿel, Frank Huch, Translating Curry to Haskell (System Demo), Proceedings of the ACM SIGPLAN 2005
Workshop on Curry and Functional Logic Programming, 60 - 65 (2005)
Frank Huch, Frank Kupke, Composable Memory Transactions in Concurrent Haskell, Proc. of the 17th International
Workshop on Implementation and Application of Functional Languages (IFL 2005), (2005)
Frank Huch, Parissa H. Sadeghi, The COOSY Debugging Environment
Tool Demo, Proc. of the 17th International
Workshop on Implementation and Application of Functional Languages (IFL 2005), (2005)
C. Grelck, Frank Huch, Greg J. Michaelson, Phil Grinder, Proceedings of the 16th International Workshop on
Implementation and Application of Functional Languages, Springer Lecture Notes in Computer Science, 3474,
(2005)
Frank Huch, Programmiersprachen und Rechenkonzepte - Proceedings des 22. Workshop der GI-Fachgruppe 2.1.4,
Technischer Bericht, CAU Kiel, 0513, (2005)
Bernd Braÿel, Das Programm der idealen Logik, Königshausen & Neumann, (2005)
Volker Stolz, Frank Huch, Runtime Verification of Concurrent Haskell Programs, Electr. Notes Theor. Comput. Sci., 113,
201 - 216 (2005)
Präsentationen
Michael Hanus, CurryTest: A Tool for Testing Declarative Programs, 19th Workshop on (Constraint) Logic Programming
(WLP 2005), Ulm, 22.02.2005
Michael Hanus, Declarative Programming with Persistent Information, Kolloquium, Oregon State University, Corvallis,
Oregon, USA, 16.05.2005
Michael Hanus, Declarative Programming with Databases, Kolloquium, Portland State University, Portland, Oregon, USA,
06.06.2005
Michael Hanus, Declarative Programming with Function Patterns, International Symposium on Logic-based Program
Synthesis and Transformation (LOPSTR'05), London, England, 07.09.2005
Michael Hanus, A Generic Analysis Environment for Declarative Programs, ACM SIGPLAN 2005 Workshop on Curry and
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Functional Logic Programming, Tallinn, Estland, 29.09.2005
Michael Hanus, Future Logic Programming Languages: Close the Gap between Theory and Practice, International
Conference on Logic Programming (ICLP 2005), Sitges, Spanien, 04.10.2005
Michael Hanus, Multiparadigmen-Programmierung, Kolloquium, Universität Karlsruhe, Karlsruhe, 11.10.2005
Sebastian Fischer, A Functional Logic Database Library, ACM SIGPLAN 2005 Workshop on Curry and Functional Logic
Programming, Tallinn, Estland, 29.09.2005
Sebastian Fischer, A Functional Logic Database Library, Kolloquium über Programmiersprachen und Grundlagen der
Programming, Fischbachau, 06.10.2005
Frank Huch, Searching for deadlocks while debugging Concurrent Haskell programs, Eingeladener Vortrag, University of
Kent, Canterbury, England, 28.02.2005
Frank Huch, Searching for deadlocks while debugging Concurrent Haskell programs, Eingeladener Vortrag, University of
Hertfordshire, Hatfield, England, 09.03.2005
Frank Huch, Composable Memory Transactions in Concurrent Haskell, 22. Workshop der GI-Fachgruppe 2.1.4, Bad
Honnef, 04.05.2005
Frank Huch, Composable Memory Transactions in Concurrent Haskell, 17th International Workshop on Implementation
and Application of Functional Languages, Dublin, Irland, 19.09.2005
Parissa H. Sadeghi, The COOSY Debugging Environment
Tool Demo, 17th International Workshop on
Implementation and Application of, Dublin, Irland, 21.09.2005
Bernd Braÿel, Curry To Haskell - Erste Ideen für einen Compiler, 22. Workshop der GI-Fachgruppe 2.1.4, Bad Honnef,
03.05.2005
Bernd Braÿel, Nondeterminism Analysis of Functional Logic Programs, International Conference on Logic Programming,
ICLP 2005, Sitges, Spanien, 02.10.2005
Bernd Braÿel, Translating Curry To Haskell, ACM SIGPLAN 2005 Workshop on Curry and Functional Logic Programming,
Tallinn, Estland, 29.09.2005
Bernd Braÿel, Q.E.D. - Beweis durch Selbstbezug, IV. Graduiertenkonferenz der Gesellschaft für Philosophie und
Wissenschaft (GPW), Heidelberg, 08.10.2005
M. Hanus: Mitglied im Programmkomitee des 19th Workshop on (Constraint) Logic Programming, Ulm, 2005
M. Hanus: Mitglied im Programmkomitee von PPDP 2005 (7th International ACM SIGPLAN Conference on Principles and
Practice of Declarative Programming), Lissabon (Portugal), 2005
M. Hanus: Mitglied im Programmkomitee von LOPSTR 2005 (15th International Symposium on Logic-based Program
Synthesis and Transformation), London (England), 2005
M. Hanus: Organisation des Workshops ``Functional and Declarative Programming in Education 2005'' im Rahmen der
IFCP 2005 (10th ACM SIGPLAN International Conference on Functional Programming), Tallin, 2005 (zusammen mit Robby
Findler, University of Chicago, und Simon Thompson, University of Kent)
M. Hanus: Vorsitzender des Programmkomitees und Organisation des ``Workshop on Curry and Functional Logic
Programming'' (WCFLP 2005) im Rahmen der IFCP 2005 (10th ACM SIGPLAN International Conference on Functional
Programming), Tallin, 2005 (zusammen mit Sergio Antoy, Portland State University)
M. Hanus: Mitglied im Programmkomitee des 20th Workshop on (Constraint) Logic Programming, Wien, 2006
M. Hanus: Eingeladener Podiumssprecher zur International Conference on Logic Programming, Sitges (Spanien), 2005
M. Hanus: Mitglied im Steering Committee der PPDP-Konferenzen (International ACM SIGPLAN Conference on Principles
and Practice of Declarative Programming)
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M. Hanus: Mitglied im Editorial Board des Journal of Functional and Logic Programming
M. Hanus: Sprecher der Fachgruppe FG 2.1.4 Programmiersprachen und Rechenkonzepte der Gesellschaft für Informatik
e.V.
M. Hanus: Mitglied in der DAAD-Auswahlkommission zur projektbezogenen Förderung des Wissenschaftleraustausches mit
Spanien und Portugal
M. Hanus: Begutachtung von Projektanträgen für die Deutsche Forschungsgemeinschaft
M. Hanus: Forschungsaufenthalt am Department of Computer Science, Portland State University, U.S.A., März bis August
2005
F. Huch: Stellvertretender Sprecher der Fachgruppe FG 2.1.4 Programmiersprachen und Rechenkonzepte der Gesellschaft
für Informatik e.V.
F. Huch: Organisation des 22. Workshop der GI-Fachgruppe 2.1.4 Programmiersprachen und Rechenkonzepte, Bad
Honnef, 2. - 4.05.2005
F. Huch: Mitglied im Programmkomitee der 17th International Workshop on Implementation and Application of Functional
Languages, Dublin, Irland, 2005
F. Huch: Mitglied im Programmkomitee des Workshop on Curry and Functional Logic Programming (WCFLP 2005), Tallinn,
Estland, 2005
F. Huch: Forschungsaufenthalt an der University of Kent, Canterbury
F. Huch: Miniprogrammierkurs mit der Marienkäferdame Kara, Girls day der TF, 28.4.2005
F. Huch: Organisation (zusammen mit Thomas Wilke) des Schnupperstudiums Informatik für Schülerinnnen, 10. - 14.
Oktober 2005, Kiel.
F. Huch: Kurs im Rahmen des Schnupperstudiums Informatik zur Einführung in die Programmierung: Steuerung des
Marienkäfers Kara mit Hilfe der Programmiersprache Erlang, Abschlussprojekt: Entwicklung und Implementierung eines
verteilten Chats.
F. Simon: Vorträge im Rahmen der Lehrerfortbildung des IQSH
W. Goerigk: Stellvertretender Sprecher der Fachgruppe FG 2.1.4 Programmiersprachen und Rechenkonzepte der Gesellschaft
für Informatik e.V.
W. Goerigk: Stellvertretender Sprecher der Fachgruppe FG 1.1.1 Deklarative Sprachen der Gesellschaft für Informatik e.V.
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Rechnergestützte Programmentwicklung
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Die zentralen Themen der Arbeitsgruppe in der Forschung sind seit vielen Jahren die Grundlagen von Programmiersprachen
und formalen Methoden der Programmierung, die (praktische) Entwicklung und (theoretische) Analyse von evolutionären
Algorithmen, die algebraische Behandlung von binären Relationen und die Anwendungen von relationalen und
ordnungsbasierten Methoden in Informatik und Mathematik. All dies erfolgte immer unter dem Blickwinkel der
Rechnerunterstützung. Im Bereich der Relationenalgebra besitzt die Arbeitsgruppe mit dem selbst entwickelten BDDbasierten Computersystem RelView und der daraus abgeleiteten Bibliothek Kure sehr ausgereifte Werkzeuge. Auch
für algebraische Spezifikationen und funktionales Programmieren stehen mit den Eigenentwicklungen Java-RAP (zum
Prototyping) und Kiel (zum visuellen interaktiven Auswertung und zum Debugging) zwei Werkzeuge zur Verfügung, die
insbesondere in der Lehre sehr erfolgreich eingesetzt werden.
Ergebnisse
In den letzten Jahren wurde durch eine Reihe von Fallstudien nachgewiesen, dass die Kombination von Relationenalgebra
und RelView ein sehr geeignetes Mittel ist, um Programme zur Lösung von Problemen aus vielen Bereichen der diskreten
Mathematik formal aus gegebenen logischen Spezifikationen herzuleiten. Diese Arbeiten wurden im Berichtszeitraum
weitergeführt, insbesondere um die bisherigen Methoden zu verfeinern und Einsichten in die Behandlung von
Problemstellungen aus neuen Anwendungsgebieten zu gewinnen. Auf diese Weise gelang es beispielsweise, einige
Probleme Boolescher Formeln (wie Erfüllbarkeit, maximale Erfüllbarkeit, gefrorene Variablen) erfolgreich zu behandlen.
Mit Hilfe von Internet-Benchmarks wurde beim Erfüllbarkeitsproblem ein Vergleich mit speziellen SAT-Solvern angestellt.
Dieser fiel teils sehr positiv aus. Bei den DIMACS AIM-50 Instanzen würde RelView beispielsweise auf der Rangliste
von www.satlib.ord zwischen Platz 9 und 10 von 25 Solvern landen. Auch bei der Lösung von Problemen der
Entscheidungstheorie konnten, in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern, die an der EU COST Action 274 TARSKI beteiligt
waren, einige wichtige Fortschritte im Hinblick auf die Berechnung von stabilen Koalitionen und die Modellierung von
Präferenzen mittels relationaler Integration erzielt werden. Als ein dritter Anwendungsbereich sei schlieÿlich noch die
Verwendung von Relationenalgebra und RelView beim Model Checking für Modallogiken erwähnt, was ebenfalls im
Rahmen von TARSKI mit Partnern aus England untersucht wurde. Schlieÿlich wurden relationale Verfahren zur Analyse von
Petrinetzen entwickelt, wobei insbesondere Fragen der Erreichbarkeit und Nebenläufigkeit behandelt wurden.
Abb. 1: Der GECCO 2005 Best Paper Award
Zudem wurden Möglichkeiten der Verwendung von relationalen Methoden im Bereich von evolutionären Algorithmen (EAs)
untersucht. Im Bereich evolutionärer Algorithmen kommt dem Einsatz hybrider Verfahren eine starke Bedeutung zu. Hierbei
werden evolutionäre Algorithmen mit anderen Verfahren zur Lösung eines gegebenen Problems kombiniert, um bessere
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Lösungen zu erzielen. Die Verbindung von Relationenalgebra und evolutionären Algorithmen scheint ein vielversprechendes
Forschungsgebiet zu sein. In einem ersten Ansatz wurde gezeigt, wie die Laufzeit von EAs durch den Einsatz von
Relationenalgebra wesentlich gesenkt werden kann. Hierbei wurden verschiedene kombinatorische Optimierungsprobleme
auf Graphen betrachtet. Mengen von Suchpunkten werden als Relationen repräsentiert und mithilfe relationenalgebraischer
Ausdrücke ausgewertet. Die Zeit, welche zur Auswertung einer Menge von Suchpunkten benötigt wird, ist ein wesentlicher
Faktor in dem Lauf eines EAs. Dieser hat maÿgeblichen Einfluss auf die Laufzeit des Algorithmus. Mithilfe eines hybriden
Ansatzes, welcher EAs mit Relationenalgebra verbindet, ist es möglich, die Laufzeit erheblich zu senken.
Im Bereich der Analyse randomisierter Suchheuristiken wurde am Beipiel minimal spannender Bäume gezeigt, dass
evolutionäre Algorithmen einkriterielle Probleme unter Umständen aufgrund einer multikriteriellen Formulierung des
Problems besser lösen können. Diese Arbeit wurde auf der GECCO 2005 mit einem Best Paper Award ausgezeichnet.
Zudem wurde untersucht, ob multikriterielle Formulierungen auch zu schnelleren Approximationsalgorithmen für NP-harte
Spannbaumprobleme führen können. Dabei stellte sich heraus, dass bekannte Approximationsalgorithmen aufgrund einer
multikritiellen Formulierung erheblich in ihrem Laufzeitverhalten verbessert werden können. Eine weitere Klasse der
randomisierten Suchheuristiken stellen Ameisenalgorithmen dar. Diese wurden insbesondere erfolgreich zur Lösung von
kombinatorischen Optimierungsproblemen eingesetzt. Im Gegensatz hierzu gibt es bisher noch keine gute theoretische
Fundierung dieser Verfahren. Bisher konnte lediglich die Konvergenz bestimmter Verfahren in einer endlichen Anzahl
von Schritten gezeigt werden. Deshalb galt es als offenes Problem, für Ameisenalgorithmen in ähnlicher Weise wie für
EAs Laufzeitergebnisse zu erzielen. Dieses Problem wurde gelöst und es konnte gezeigt werden, dass sich ein einfacher
Ameisenalgorithmus genauso wie ein einfacher EA verhält, für den es schon eine Menge von Laufzeitresultaten gibt.
Somit konnten alle Aussagen bezüglich des EAs auf den betrachteten Ameisenalgorithmus übertragen werden. Zudem
wurde ein wesentlicher Parameter in einem solchen Algorithmus näher untersucht und neue Verfahren zur Analyse von
Ameisenalgorithmen entwickelt.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. Rudolf Berghammer; Sekretariat: Ulrike Pollakowski-Geuther
Dipl.-Math. Britta Kehden
01.01.-31.12.2005
Untersuchung von Inzidenzstrukturen mittels relationaler Methoden
CAU
Dipl.-Ing. Frank Neumann
01.01.-31.12.2005
Untersuchungen zu evolutionären Algorithmen
CAU
Winter 2004/2005
Informatik I, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Rudolf Berghammer (+ Britta Kehden, Frank Neumann)
Programmierpraktikum zu Informatik I, 2 Std. Praktikum/Woche,
Didaktik der Informatik II, 2 (+2) Std. Seminar (+ Übungen)/Woche,
Martin Halfpap
Informatik, Logik und Mathematik, 2 Std. Arbeitsgemeinschaft/Woche,
Rudolf Berghammer (+ Michael Hanus)
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Sommer 2005
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Verbands- und Relationentheorie mit Anwendungen in der Informatik, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Rudolf Berghammer (+ Britta Kehden)
Semantik von Programmiersprachen, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Rudolf Berghammer (+ Frank Neumann)
Didaktik der Informatik III, 2 (+2) Std. Seminar (+ Übungen)/Woche,
Martin Halfpap
Winter 2005/2006
Formale Methoden der Programmierung und unterstützende Werkzeuge, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Rudolf Berghammer
Didaktik der Informatik I, 2 (+2) Std. Seminar (+ Übungen)/Woche,
Martin Halfpap
Einige ausgewählte Themen aus der Theorie der Verbände und Relationen, 2 Std. Seminar/Woche,
Software-Praktikum, 4 Std. Praktikum/Woche,
Rudolf Berghammer (+ Frank Neumann)
Drittmittel
DFG, Unterstützung von wissenschaftlichen Reisen, 01.01.-31.12.2005 (2500 EUR)
EU COST Action 274 TARSKI, Reisen und Short Term Scientific Missions, 01.01.-31.12.2005 (2600 EUR)
Industriespende, Reisemittel, 01.01.-31.12.2005 (500 EUR)
- Projekts Teachware (Erstellung von Software zur Unterstützung der Lehre): W. Dosch (Lübeck)
- Formale Programmentwicklung durch Transformationen: W. Dosch (Lübeck), B. Möller (Augsburg) und G. Schmidt
(München).
- Anwendungen von relationalen Methoden in der Informatik: B. Möller und G. Struth (Augsburg), G. Schmidt
(München), E.-E, Doberkat und A. Fronk (Dortmund), H. de Swart (Tilburg), A. Rusinowska (Utrecht) und viele
Beteiligte an der EU COST Action 274 TARSKI.
- Evolutionäre und approximative Algorithmen: I. Wegener und C. Witt (Dortmund), B. Doerr und N. Hebbinghaus
(Saarbrücken) und M. Laumanns (Zürich).
- Binäre Entscheidungsdiagramme: D. Sawitzki (Dortmund).
Gäste der Arbeitsgruppe im Berichtszeitraum waren
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* M. Laumanns (Zürich), 20. - 22. 1. 2005
* A. Fronk (Dortmund), 4. - 8. 4. 2005
* C. Witt (Dortmund), 7. - 9. 7. 2005
* D. Sawitzki (Dortmund), 25. - 28. 10. 2005
* G. Schmidt (München), 21. - 26. 11. 2005
Ole Glaser, Evolutionäre Algorithmen und das Vertex Cover Problem, 01.05.2005
Claus Hinz, Lösung ordnungs- und verbandstheoretischer Probleme mittels Relationenalgebra und RelView, 01.11.2005
Veröffentlichungen
Rudolf Berghammer, R. Schmidt, Model checking for modal logic with relation algebra and RelView, I. Düntsch, M.
Winter (Ed.) Proc. 8th Int. Seminar Relational Methods in Computer Science and 3rd Int. Workshop Applications of
Kleene Algebra, Brock Univ., St. Catheriens, 239 - 249 (2005)
Rudolf Berghammer, A. Rusinowska, A relational approach to coalition formation, M. Ojeda-Aciego (Ed.) Proc. COST 274
TARSKI Workshop Univ. Malaga, Malaga, 44 - 58 (2005)
Frank Neumann, I. Wegener, Minimum spanning trees made easier via multi-objective optimization, In: Beyer et al.
(Eds.): Proc. Genetic and Evolutionary Computation Conference - GECCO 2005, Volume 1, ACM Press, New York, USA,
763 - 770 (2005)
Rudolf Berghammer, Frank Neumann, RelView - An OBDD-based Computer Algebra system for relations, In: V.G.
Gansha, E.W. Mayr, E.V. Vorozhtsov (Eds.): Proc. 8th International Workshop on Computer Algebra and Scientific
Computing - CASC 2005, LNCS 3718, Springer, Berlin, 40 - 51 (2005)
Frank Neumann, M. Laumanns, Speeding up approximation algorithms for NP-hard spanning forest problems by
multi-objective optimization, Elec. Colloquium on Computational Complexity, Report Nr. 29, (2005)
Rudolf Berghammer, Frank Huch, From functional to object-oriented programming - A smooth transition for beginners,
In: Proc. ACM SIGPLAN Workshop on Functional and Declarative Programming in Education - FDPE 05, ACM SIGPLAN
Notices, 3 - 8 (2005)
Präsentationen
Rudolf Berghammer, Ulf Milanese, A relation-algebraic approach to Boolean logic problems, 8th International Seminar
on Relational Methods in Computer Science, St. Cathariens, Kanada, 22.02.2005
Britta Kehden, Frank Neumann, Relational implementation of simple parallel evolutionary algorithms, 8th International
Seminar on Relational Methods in Computer Science, St. Cathariens, Kanada, 22.02.2005
R. Schmidt, Rudolf Berghammer, Model checking for modal logic with relation algebra and RelView, 8th International
Seminar on Relational Methods in Computer Science, St. Cathariens, Kanada, 22.02.2005
H. de Swart, Rudolf Berghammer, Applying the MacBeth and RelVieW software to coalition formation, Public Choice
Meeting, New Orleans, USA, 10.03.2005
A. Rusinowska, Rudolf Berghammer, A relational approach to coalition formation, COST 274 TARSKI Workshop, Malaga,
Spanien, 10.03.2005
Britta Kehden, Relational implementation of simple parallel evolutionary algorithms, 22. Workshop der GI-Fachgruppe
2.1.4 über Programmiersprachen und Rechnerkonzepte, Bad Honnef, 02.05.2005
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Frank Neumann, (Multi-objective) evolutionary algorithms and the minimum spanning tree problem, Kolloquium,
Zürich, Schweiz, 10.-11.05.2005
Frank Neumann, (NP-hard) spanning tree problems made easier via multi-objective optimization, CI-Kolloquium,
Sonderforschungsbereich Computational Intelligence (SFB 531) der Universität, Dortmund, 30.05.2005
Rudolf Berghammer, Exact computation of minimum feedback vertex sets with relational algebra and RelView, COST
274 TARSKI Workshop, Belfast, Nord-Irland, 19.06.2005
Rudolf Berghammer, RelView - Presentation of practical computations, COST 274 TARSKI Workshop, Belfast,
Nord-Irland, 19.06.2005
H. de Swart, Rudolf Berghammer, Applying the MacBeth and RelView software to coalition formation, 4th Conference on
Logic, Game Theory and Social Choice, Caen, Frankreich, 22.06.2005
Frank Neumann, Ingo Wegener, Minimum spanning trees made easier via multi-objective optimization, The Genetic and
Evolutionary Computation Conference 2005 - GECCO 2005, Washington D.C., USA, 25.06.2005
A. Rusinowska, Rudolf Berghammer, Applying relational algebra and RelView to coalition formation, IFORS Triennial
2005 Conference, Honolulu, Hawaii, 11.07.2005
Frank Neumann, Rudolf Berghammer, RelView - An OBDD-based Computer Algebra system for relations, 8th
International Workshop on Computer Algebra and Scientific Computing (CASC 2005), Kalamata, Griechenland,
12.09.2005
Rudolf Berghammer, Frank Huch, From functional to object-oriented programming - A smooth transition for beginners,
Workshop, Tallinn, Estland, 15.09.2005
Rudolf Berghammer, Erfahrungsbericht zur Akkreditierung des Bachelor-Studiengangs Informatik an der
Christian-Albrechts-Universität Kiel, Workshop zur Akkreditierung von grundständigen Bachelor- und
Masterprogrammen, Berlin, 30.09.2005
Rudolf Berghammer, Relationenalgebraische Behandlung verbandstheoretischer Probleme, Kolloquium, Fischbachau,
05.10.2005
Frank Neumann, Randomized search heuristics and the minimum spanning tree problem, Kolloquium (Mittagsseminar)
des Max-Planck-Instituts für Informatik, Saarbrücken, 16.11.2005
Frank Neumann, Expected runtimes of evolutionary algorithms for the Eulerian cycle problem, Discrete Math Meeting
des Max-Planck-Instituts für Informatik, Saarbrücken, 17.11.2005
F. Neumann erhielt für seine Arbeit mit I. Wegener auf der GECCO 2005 in Washington D.C., USA, den GECCO-2005 Best
Paper Award der Sektionen ACSI (Ant Colony Optimization and Swarm Intelligence), EMO (Evolutionary Multi-objective
Optimization) und MHLS (Meta-heuristics and Local Search).
R. Berghammer, B. Kehden und F. Neumann waren im Jahr 2005 Gutachter für wissenschaftliche Publikationen.
R. Berghammer war Mitglied des Programmkomitees des 8. Internationalen Seminars Relational Methods in Computer
Science und des 3. Internationalen Workshops Applications of Kleene Algebra . Beide Veranstaltungen fanden
gemeinsam vom 22. - 26.2. 2005 in St. Catheriens (Kanada) statt. Derzeit ist er Mitglied im Programmkomitees des 9.
Internationalen Seminars Relational Methods in Computer Science und des 4. Internationalen Workshops Applications
of Kleene Algebra , welche vom 29.8. - 2.9. 2006 in Manchester (England) stattfinden werden.
R. Berghammer war an der von der EU bis Juli 2005 geförderten COST Aktion 274 TARSKI (Theory and Applications of
Relational Structures as Knowledge Instruments) beteiligt. Einzelheiten findet man im Word Wide Web unter den URLs
http://www.relmics.org bzw. http://www.tarski.org.
R. Berghammer ist Mitglied (Chairman) im Steering Commitee der Seminarreihe Relational Methods in Computer
Science .
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R. Berghammer ist einer der Herausgeber der elektronischen Zeitschrift Journal on Relational Methods in Computer
Science .
R. Berghammer ist Mitglied der internationalen Initiative RelMiCS (Relational Methods in Computer Science).
R. Berghammer ist an der Initiative Softwarevisualisierung beteiligt. Diese Initiative versucht, die Bemühungen von
deutschen Wissenschaftlern bei der Visualiserung von Software und der Animation von Algorithmen zu koordinieren.
Einzelheiten findet man im World Wide Web unter der URL http://www.softwarevisualisierung.de.
R. Berghammer ist Mitglied im Aufsichtsrat der Kieler Firma Ariva.de, einer Gründung von ehemaligen und derzeitigen
Kieler Informatikstudenten.
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Scientific Computing
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Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich vornehmlich mit dem Einsatz von Waveletbasen und kann auf diesem Gebiet
algorithmisch sehr effiziente Realisierungen vorweisen. Waveletbasen eignen sich in besonderem Maÿe zur adaptiven
Approximation, sowohl der Kernfunktion wie auch der Lösung in der Kombination mit der Approximation der Lösung.
Das Arbeitsgebiet der Arbeitsgruppe umfasst im weitesten Sinne numerische Verfahren zur Lösung partieller Differentialgleichungen, genauer gesagt, von (Anfangs-) Randwertproblemen und Integralgleichungen. Der Schwerpunkt der Arbeiten
liegt eindeutig auf der effizienten Behandlung nichtlokaler Operatoren, insbesondere von Randintegralgleichungen, wie
sie zur Lösung nichtlokaler Randwertprobleme auftreten. Verwandte Probleme treten in der Finanzmathematik auf.
Insbesondere wurden in der vergangenen Zeit adaptive Waveletmethoden sowohl für lineare wie auch nichtlineare
Gleichungen untersucht.
Ergebnisse
Tensorprodukt-Multiskalenbasen eignen sich zur Approxiamtion in hohen Raumdimensionen. In dieser Richtung hat die
Arbeitsgruppe neue Aktivitäten entwickelt. Zur Behandlung der Elektronischen Schrödingergleichung wurden z.B.in der
Elektronenstrukturberechnung neue Resultate erzielt, die zur Entwicklung linear skalierender Verfahren eingesetzt werden
sollen.
Auf dem Gebiet Formoptimierung (Shape Optimization) hat insbesondere Dr. Harbrecht eine Vielzahl wesentlicher
Fortschritte erzielt. Dabei konnte er seine Erfahrungen bzgl. schneller Randintegralgleichungsverfahren erfolgreich
einbringen. In einer Vielzahl von Anwendungsproblemen wurden solche Verfahren entwickelt und eingesetzt. Gemeinsam
wurde ein fundamentales Konvergenzresultat für dieses komplexe Optimierungsproblem erzielt. An der Thematik Adaptiver
Waveletmethoden wurden in Zusammenarbeit mit den Aachenern Kollegen bedeutende Fortschritte erzielt.
Bei First Principles Berechnungsmethoden, wie sie in der Quantenchemie und -physik entwickelt wurden, spielt
die Komplexität eine wesentliche Rolle. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung sogenannter Linear Scaling Verfahren
zur Hartree-Fock-Berechnung bzw. der Dichtefunktionaltheorie auf Grundlage moderner Methoden zur numerischen
Behandlung nichtlokaler Operatoren. Bei Einrichtung des DFG-Schwerpunktprogramms wurde ein gemeinsamer Antrag
mit der Arbeitsgruppe von Prof. Hackbusch am Max-Planck-Institut in Leipzig sowie ein EU Forschungsprojekt BIGDFT
bewilligt. Die intensive Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Hackbusch am Max-Planck-Institut in Leipzig
wurde vertieft.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. R. Schneider; Sekretariat: Ä. Straÿner (50%)
Dipl.-Math. J. Burmeister
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Math. C. Chauvin
IHP
15.06.-31.08.2005
EU
Priv.-Doz. Dr. B. Faermann
01.01.-31.12.2005
CAU
Dr. H. Harbrecht
01.01.-31.03.2005
Forschungsaufenthalt an der Universität Utrecht
Univ. Utrecht
Dr. H. Harbrecht
CAU
01.04.-30.09.2005
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Dr. H. Harbrecht
Forschungsaufenthalt am ETH Zürich
01.10.-31.12.2005
Dipl.-Math. Fritz Krüger
BIGDFT
01.05.-31.12.2005
Dipl.-Math. René Lindloh
01.10.-31.12.2005
Dipl.-Math. Jaroslaw Piwonski
BIGDFT
01.-31.12.2005
ETH Zürich
(50%)
EU
CAU
(50%)
EU
Dr. R.-A. Todor
IHP
01.11.-31.12.2005
EU
Dipl.-Math. T. Weber
01.01.-31.03.2005
CAU
Dipl.-Math. T. Weber
Schn 530/4-1
01.04.-31.12.2005
CAU
Winter 2004/2005
Analysis I, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Schneider (+ T. Weber)
Einführung in die parallele Programmierung numerischer Algorithmen, 4 Std. Vorlesung/Woche,
R. Schneider (+ J. Burmeister)
Oberseminar Praktische Mathematik, 2 Std. Seminar/Woche,
R. Schneider
Numerische Mathematik für Ingenieure, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
B. Faermann (+ T. Weber)
Numerische Methoden für Mehrelektronensysteme in Chemie und Physik, 2 Std. Vorlesung/Woche,
R. Schneider
Parallele Numerik, 2 Std. Vorlesung/Woche,
Theorie und Numerik elliptischer Differentialgleichungen, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
B. Faermann
Numerik von Eigenwertaufgaben, 4 Std. Vorlesung/Woche,
J. Burmeister
Seminar Praktische Mathematik, 2 Std. Seminar/Woche,
R. Schneider
Sommer 2005
Einführung in die objektorientierte Programmierung numerischer Algorithmen, 4 Std. Vorlesung/Woche,
Numerische Methoden für Mehrelektronensysteme in Chemie und Physik, 2 Std. Vorlesung/Woche,
R. Schneider
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Oberseminar Praktische Mathematik, 2 Std. Oberseminar/Woche,
R. Schneider (+ H. Harbrecht)
Praktische Analysis, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
B. Faermann
Seminar Praktische Mathematik, 2 Std. Seminar/Woche,
Analysis II, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Seminar Numerische Methoden in der Quantenchemie, 2 Std. Seminar/Woche,
R. Schneider (+ H. Yserentant)
Winter 2005/2006
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Einführung in die objektorientierte Programmierung numerischer Algorithmen, 4 Std. Vorlesung/Woche,
Oberseminar Praktische Mathematik, 2 Std. Seminar/Woche,
R. Schneider
Numerische Mathematik für Ingenieure, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
B. Faermann (+ T. Weber)
Objektorientierte Numerik, 2 Std. Vorlesung/Woche,
Theorie und Numerik von Integralgleichungen, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
B. Faermann
Numerik partieller Differentialgleichungen (Finite Elemente), 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Schneider (+ M. Gnewuch)
Wavelet-Transformationen, 4 Std. Vorlesung/Woche,
Drittmittel
Europäische Kommission, IHP Network N.HPRN-CT-2002-00286, 01.10.2002-31.03.2006 (110000 EUR)
Deutsche Forschungsgemeinschaft, Schn 530/4-1, 01.02.2004-14.02.2006 (50000 EUR)
Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG-Anreizmittel, 07.09.2005 (1000 EUR)
Europäische Kommission, BIGDFT FP6-2003-NEST-A, 04.10.2004-14.01.2008 (164000 EUR)
Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG-Anreizmittel, 11.11.2005 (1000 EUR)
CAU, Anschubfinanzierung Drittmittelprojekte, 08.06.2005 (2500 EUR)
Land Schleswig-Holstein, Innovationsfonds, 01.10.2005-30.09.2008 (655000)
CAU, Exzellenzcluster, 17.11.2005 (65000)
Wir setzten auch 2005 die langjährige internationale Zusammenarbeit in den EU-Projekten IHP Breaking Komplexity
und BIGDFT mit u.a. Prof. W. Dahmen, Institut für Geometrie und Praktische Mathematik, RWTH Aachen, Dr. R.
Stevenson, Department of Mathematics, Universiteit Utrecht (Die Niederlande), Prof. C. Schwab, Seminar für Angewandte
Mathematik, ETH Zürich und Prof. S. Goedecker, Department of Physics and Astronomy, University of Basel, Schweiz, fort.
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Im Rahmen des DFG-Sonderforschungsbereich 393 Parallele Numerische Simulation für Physik und Kontinuumsmechanik
gab es eine enge Kooporation auf dem Gebiet der Matrix-Kompression für Randintegraloperatoren mit den Fakultäten für
Mathematik und Informatik der TU Chemnitz.
Darüber hinaus wurde auch die enge Kooporation auf dem Gebiet der Quantenchemie mit dem Max-Planck-Institut
Mathematics in the Sciences Leipzig, mit Prof. H. Yserentant, TU Berlin, Prof. M. Griebel, Universität Bonn und Prof. C.
Lubich, Mathematisches Institut, Universität Tübingen, fortgesetzt.
Auf dem Gebiet der Formoptimierung wurde wieder intensiv mit Dr. K. Eppler, WIAS Berlin, kooperiert.
Gäste im Jahr 2005:
• Jürgen Braun, Universität Bonn
• Stephan Schwinger, Technische Universität Chemnitz
• Miriam Primbs, Universität Duisburg
• Teresa Reginska, Polish Academy of Sciences,Warschau
V. Gätjens, Hierarchische Quadratur singulärer Integrale, 15.03.2005
J. Piwonski, Effiziente Berechnung des Hartree-Potentials mittels Kronecker-Produkt-Approximation, 25.10.2005
Veröffentlichungen
H.-J. Flad, W. Hackbusch, R. Schneider, Best N-term Approximation for Electronic Wavefunctions, Techn. Bericht Univ.
Kiel, 05-9, (2005)
R. Schneider, C. Schwab, Wavelet FEM for Variable Order Pseudodifferential Equations, Techn. Bericht Univ. Kiel, 05-10,
(2005)
W. Dahmen, H. Harbrecht, R. Schneider, Adaptive Methods for Boundary Integral Equations - Complexity and
Convergence Estimates, Techn. Bericht, Univ. Utrecht, 1327, (2005)
K. Eppler, H. Harbrecht, Exterior Electromagnetic Shaping Using Wavelet BEM, Math. Meth. Appl. Sci., 28, 387 - 405
(2005)
K. Eppler, H. Harbrecht, Second Order Lagrange Multiplier Approximation for Constrained Shape Optimization Problems,
Control and Boundary Analysis, Lecture Notes in Pure and Applied Mathematics, 240, 107 - 118 (2005)
K. Eppler, H. Harbrecht, Fast Wavelet BEM for 3D Electromagnetic Shaping, Appl. Numer. Math., 54, 537 - 554 (2005)
H. Harbrecht, U. Kähler, R. Schneider, Wavelet Galerkin BEM on Unstructured Meshes, Comput. Vis. Sci., 8, 189 - 199
(2005)
T. Gantamur, H. Harbrecht, R. Stevenson, An Optimal Adaptive Wavelet Method Without Coarsening, Techn. Bericht
Univ. Utrecht, 1325, (2005)
K. Eppler, H. Harbrecht, R. Schneider, On Convergence in Elliptic Shape Optimization, Techn. Bericht WIAS Berlin, 1016,
(2005)
K. Eppler, H. Harbrecht, Coupling of FEM and BEM in Shape Optimization, Techn. Bericht WIAS Berlin, 1029, (2005)
K. Eppler, H. Harbrecht, Compact Gradient Tracking in Shape Optimization, Techn. Bericht WIAS Berlin, 1054, (2005)
H. Harbrecht, T. Hohage, Fast Methods for Three-Dimensional Inverse Obstacle Scattering, Techn. Bericht Univ.
Göttingen, 35/2005, (2005)
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H. Harbrecht, U. Kähler, R. Schneider, Fast Wavelet BEM on Complex Geometries, Proceedings of GAMM Cenference, 5,
767 - 768 (2005)
K. Eppler, H. Harbrecht, A Regularized Newton Method in Electrical Impedance Tomography Using Shape Hessian
Information, Control and Cybernetics, 34 (1), (2005)
H. Harbrecht, U. Kähler, R. Schneider, Wavelet Matrix Compression for Boundary Integral Equations, Techn. Bericht
Univ. Kiel, 05-24, (2005)
Präsentationen
T. Weber, Linear skalierende Verfahren in der Elektronenstrukturberechnung, Seminar, Berlin, Deutschland, 13.07.2005
H. Harbrecht, Shape Optimization Using Wavelet BEM, Workshop, Kiel, Deutschland, 14.03.2005
H. Harbrecht, Shape Optimization Using Wavelet BEM, 26. Norddeutsches Kolloquium über Angewandte Analysis,
Braunschweig, Deutschland, 03.06.2005
H. Harbrecht, Adaptive Wavelet Boundary Element Methods, BICOM Workshop on Boundary Elements, London,
Groÿbritannien, 16.06.2005
H. Harbrecht, Fast Methods in 3D Inverse Obstacle Scattering, AIP 2005, Cirencester, Groÿbritannien, 26.06.2005
H. Harbrecht, Adaptive Wavelet Garlerkin BEM, Chemnitzer FEM-Symposium, Schöneck, Deutschland, 19.-21.09.2005
H. Harbrecht, Fast Wavelet BEM for 3D Electromagnetic Shaping, Workshop TiSCoPDE05, Berlin, Deutschland,
26.09.2005
H. Harbrecht, Shape Optimization Using Wavelet BEM, Eingeladener Vortrag im Seminar des SFB 393, Chemnitz,
H. Harbrecht, Efficient Methods in Shape Optimization, Eingeladener Vortrag im Oberseminar Numerik, Ulm,
H. Harbrecht, Ill-Posed Problems in Shape Optimization, Eingeladener Vortrag im Forschungsseminar, Chemnitz,
R. Schneider, Numerical Methods for the Electronic Schrödinger-Equation, Seminar, Berlin, Deutschland, 13.07.2005
R. Schneider, Multiscale Methods for Numerical Simulation, ICAAASS 2005 Conference and Summer School, Qui Nhon,
Vietnam, 04.06.2005
R. Schneider, Wavelets for Linear Scaling Computation in Electronic Structure Calculation, ICAAASS 2005 Conference and
Summer School, Qui Nhon, Vietnam, 04.06.2005
R. Schneider, Numerical Methods in Electronic Structure Calculation, Intern. Conference on Matrix Methods and Operator
Equations, Moskau, Russland, 20.06.2005
R. Schneider, Operator Calculus of Density Matrices and Sparse Wavelet Representation, Kolloquium SPP 1145, Bonn,
R. Schneider, Multiscale Approximation in Electronic Structure Calculation, Eingeladener Vortrag, Chang Chun, China,
03.09.2005
R. Schneider, Linear Scaling Computation in Density Functional Theory, Eingeladener Vortrag, Chang Chun, China,
03.09.2005
R. Schneider, Multiscale Approximation in Electronic Structure Calculation, Chemnitzer FEM-Symposium 2005, Schöneck,
R. Schneider, Tensor Product Approximation of Functions and Operators, BIGDFT Kick-Off Meeting, Louvain-la-Neuve,
Belgien, 19.09.2005
R. Schneider, Numerical Solution of the Electronic Schrödinger Equation, Seminar, Aachen, Deutschland, 26.09.2005
R. Schneider, Wave Function Methods for the Numerical Solution of the Electronic Schrödinger Equation, Tagung IHP
Breaking Complexity, Bad Honnef, Deutschland, 16.12.2005
C. Chauvin, Multiscale Methods in Electronic Structure Calculation: a Solver for Kohn-Sham-Equations, Seminar, Berlin,
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R.-A. Todor, Sparse Perturbation Algorithms for Elliptic Problems within Stochastic Data, Kolloquium IZNS, Kiel,
R.-A. Todor, Perturbation Algorithms for Elliptic Problems with Stochastic Data, IHP EU-Network Workshop, Bad Honnef,
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Softwaretechnologie
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Der Lehrstuhl Softwaretechnologie konzentriert seine Forschung auf die werkzeuggestützte Entwicklung und Verifikation
nebenläufiger und verteilter Programme. Dabei spielen sowohl algorithmische Methoden wie Model-Checking und Statische
Analyse als auch deduktive Methoden wie Theorembeweiser eine Rolle.
Zwei Anwendungsschwerpunkte der genannten formalen Methoden lassen sich betonen. Zum einen objektorientierte,
nebenläufige Systeme, speziell beschrieben mit Java (A. Grüner, M. Steffen und W.-P. de Roever) und UML (H. Fecher,
M. Kyas). Auf diesem Gebiet wurden und werden semantische Modelle, Verifikationstechniken und werkzeugunterstützte
Beweismethoden entwickelt.
Ergebnisse
1. Auf dem Gebiet der semantischen Grundlagen für objektorientierte Sprachen beschäftigten wir uns mit
dem beobachtbaren Verhalten nebenläufiger, objektorientierter Programmiersprachen wie Java, wobei speziell
das Problem der ``vollen Abstraktheit'' untersucht wurde. In diesem Zusammenhang wurden verschiedene
Spracheigenschaften behandelt, z.B. Determinismus (im sequentiellen Fall), Nebenläufigkeit in Form von
``Threading'' wie auch prozessbasierte Parallelität, ferner jüngst auch Threadklassen. Die Forschungen zur
Semantik und Verifikation fanden in Kooperation mit Frank S. de Boer (CWI, Amsterdam) und Marcello Bonsangue
(Universität Leiden) statt, und zwar im Rahmen des bilateralen MobiJ-Projektes.
2. Auf dem Gebiet automatischer Verifikation beschäftigten wir uns mit Optimierungen bei sogenannter beschränkter
Modellprüfung (``bounded model checking''), einer Variante der Modellprüfung, die sich seit einiger Zeit
verstärkten Forschungsinteresses erfreut und die technisch auf Erfüllbarkeitsanalye basiert. Anstelle erschöpfender
Zustandsraumsuche wie beim Model-Checking tritt die Exploration des Zustandsraums (meist) ohne Rücksicht auf
garantierte Terminierung, dafür (oft) mit gröÿerer Effizienz, auf. Unsere Beiträge auf diesem Gebiet befassen sich
speziell mit der Verifikation hybrider Systeme, wobei wir verschiedene Heuristiken und Kodierungen zur effizienten
Repräsentierung vorschlagen und empirisch untersuchen. Die Forschungsarbeiten fanden in Zusammenharbeit mit
der Universitiät Freiburg (Erika Ábrahám, Bernd Becker, u.a.) statt.
3. Das Typsystem von OCL (`Òbject Constraint Language''), einem wichtigen Bestandteil der UML (`Ùnified Modeling
Language''), wurde erweitert und semantisch fundiert. Weiterhin wurde eine trace-basierte Spezifikationsmethode
(und dazugehörende Beweisregeln) für objekt-orientierte Echtzeitsysteme entwickelt und in einem Korrektheitsbeweis eines Teils eines medium altitude reconnaisance systems, das in Aufklärungsflugzeugen der königlichen
niederländischen Luftwaffe benutzt wird, erprobt.
4. Eine Formale Semantik für eine groÿe Teilsprache der UML state machines (UML Variante von StateCharts) wurde
entwickelt. Desweiteren wurde eine Anzahl von Unklarheiten in der Semantik von UML state machines aufgezeigt.
5. Ein semantisches Modell, welches Fairness-Eigenschaften endlich beschreiben kann, wurde entwickelt. Dieses
Modell findet sowohl Anwendungen beim Angeben von Semantik von Modellierungssprachen wie UML als auch bei
Abstraktionsmethoden von konkreten (unendlichen) Systemen, um effektiver automatische Programmkorrektheit
zeigen zu können.
Im Jahr 2005 arbeiteten zwei Mitglieder des Lehrstuhls an ihrer Dissertation und zwei Assistenten an ihrer Habilitation.
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Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. W.-P. de Roever; Sekretariat: S. Hilge
Dr. H. Fecher
Lehre, Verifikation von reactiven Systemen
01.01.-31.12.2005
CAU
A. Grüner
15.04.-31.12.2005
DFG
01.01.-28.02.2005
EU
01.03.-31.12.2005
CAU
Dr. M. Steffen
01.01.-31.07.2005
Lehre, Verifikation objektorientierter Systeme
CAU
Y. Yushtein
OMEGA
EU
Mobi-J
M. Kyas
OMEGA
M. Kyas
Lehre
01.09.2004-31.01.2005
Winter 2004/2005
Systemorientierte Informatik III (Betriebssysteme), 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W.-P. de Roever (+ H. Fecher)
Nebenläufige und verteilte Programmierung, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Softwaretechnologie, 2 Std. Seminar/Woche,
W.-P. de Roever
Fortgeschrittenen-Praktikum, 4 Std. Praktikum/Woche,
M. Steffen
M. Steffen
Sommer 2005
Verifikation nebenläufiger Programme, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Formale Grundlagen objektorientierter Sprachen, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
M. Steffen , H. Fecher (+ M. Steffen, H. Fecher)
Seminar Softwaretechnologie, 2 Std. Seminar/Woche,
W.-P. de Roever
M. Kyas
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Winter 2005/2006
Seminar Softwaretechnologie, 2 Std. Seminar/Woche,
H. Fecher (+ M. Kyas)
Informatik I, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
M. Hanus (+ H. Fecher)
Drittmittel
almanach 05
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EU, OMEGA: IST-Correct Development of Real-time Embedded Systems in UML, 01.01.2002-28.02.2005 (277.113
EUR)
DFG, Mobi-J: Assertional Methods for Mobile Asynchronous Channels in Java, 15.09.2003-30.06.2005 (91.410 EUR)
DFG, Mobi-J II: Assertional Methods for Mobile Asynchronous Channels in Java, 15.04.2005-14.04.2007 (130.635
EUR)
Wir setzten auch 2005 die langjährige enge Zusammenarbeit in den internationalen Projekten Mobi-J und OMEGA mit
dem Team von Dr. F. S. de Boer, Centre for Computer Science and Mathematics, CWI, Amsterdam, fort. Partner im
OMEGA-Projekt waren: Verimag (Grenoble), EADS Launch Vehicles (Toulouse), Israel Aircraft Industries, National Aerospace
Laboratory NLR (Amsterdam), OFFIS (Oldenburg), CAU (Kiel), Weizmann Institute for Sciences (Rehovot/Israel), France
Telecom R&D (Paris), CWI (Amsterdam), i-Logix (Boston) und Telelogic.
Desweiteren wurde im Zusammenhang mit einem neuen Projektantrag bei der DFG eine Kooperation unter anderem mit
Michael Huth, Imperial College, London, und Gerald Lüttgen, University of York, aufgebaut. Zielsetzung des Projektes ist
es, StateCharts-Varianten zu entwickeln, die für die hierarchische Programmentwicklung geeignet sind. Dies beinhaltet
Verifikations-Untersuchungen und Tool-Support.
Im Zusammenhang mit einem neuen Projektantrag bei der EU werden weitere internationale Kooperationen angestrebt:
CWI in Amsterdam, Universität in Oslo, Bonn und Uppsala, United Nations University, Almende, Interventional Centre und
Nork Computer Center.
C. Traulsen, Postponing Choice, 10.03.2005
T. D'Avis, Verification of dynamically changing asynchronous networks, 19.03.2005
J. Schönborn, Formal Semantics of UML 2.0 State Machines, 27.03.2005
Ch. Hlubeck, Bachelorarbeit: Eine verteilte Tupelraum Implementierung in Java, 01.11.2005
A. Derenbach, Bachelorarbeit: Client/Server-Architektur und Servertopologien eines verteilten Linda-Tupelraums in Java,
01.11.2005
Veröffentlichungen
E. Ábrahám, F. S. de Boer, W.-P. de Roever, M. Steffen, An assertion-based proof system for multithreaded Java,
Theoretical Computer Science, 331 (2-3), 251 - 290 (2005)
E. Ábrahám, B. Becker, F. Klaedke, M. Steffen, Optimizing bounded model checking for linear hybrid systems, Proc. of
VMCAI'05, LNCS, 3385, 396 - 412 (2005)
E. Ábrahám, F. S. de Boer, M. Bonsangue, A. Grüner, M. Steffen, Observability, connectivity, and replay in a sequential
calculus of classes, Proc. of FMCO 2004, LNCS, 3657, 296 - 316 (2005)
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E. Ábrahám, F. S. de Boer, W.-P. de Roever, M. Steffen, Inductive proof outlines for exceptions in multithreaded Java,
Proc. of FSEN' 05, ENTCS, (2005)
E. Ábrahám, A. Grüner, M. Steffen, Dynamic heap-abstraction for open, objectoriented systems with thread classes, Proc.
of Cosmicah'05, Quenn Mary Technical Report, RR-05-04, (2005)
M. Bonsangue, F. S. de Boer, W.-P. de Roever, S. Graf, editors, Proceedings of the Third International Symposium on
Formal Methods for Components an Objects (FMCO 2004), LNCS, 3657, (2005)
F. S. de Boer, M. Bonsangue, M. Steffen, E. Ábrahám, A fully abstract trace semantics for UML components, Proc. of
FMCO 2004, LNCS, 3657, 49 - 69 (2005)
W.-P. de Roever, A perspective on program verification, Proc. of VSTTE (IFIP WG 2.3), ETH Zürich, (2005)
H. Fecher, True concurrent logic via in-between specification, Proc. of AVoCS'04, ENTCS, 128 (6), 215 - 230 (2005)
H. Fecher, M. Kyas, W.-P. de Roever, F. S. de Boer, Compositional operational semantics of a UML-kernel-model
language, Proc. of SOS'05, ENTCS, (2005)
H. Fecher, M. Majster-Cederbaum, Event structures for arbitrary disruption, Fundamenta Informaticae, 68 (1,2), 103 130 (2005)
H. Fecher, J. Schönborn, M. Kyas, W.-P. de Roever, 29 new unclarities in the semantics of uml 2.0 state machines, Proc.
of ICFEM, LNCS, 3785, 52 - 65 (2005)
H. Fecher, M. Steffen, Characteristic µ-calculus formula for an underspecified transition system, Proc. of EXPRESS'04,
ENTCS, 128, 103 - 116 (2005)
M. Kyas, An extended type system for OCL supporting templates and transformations, Proc. of FMOODS'05, LNCS,
3535, 83 - 98 (2005)
M. Kyas, F. S. de Boer, W.-P. de Roever, A compositional trace logic for behavioural interface specifications, Nordic
Journal of Computing, 12(2), 116 - 132 (2005)
M. Kyas, H. Fecher, F. S. de Boer, J. Jacob, J. Hooman, M. van der Zwaag, T. Arons, H. Kugler, Formalizing UML models
and OCL constraints in PVS, Proc. of SFEDL'04, ENTCS, 115, 39 - 47 (2005)
M. Steffen, G. Zavattaro, editors, Proceedings of the 7th IFIP International Conference on Formal Methods for Open
Object-Bases Distributed Systems (FMOODS'05), LNCS, 3535, (2005)
M. Sylla, F. Stomp, W.-P. de Roever, Verifying parameterized refinement, Proc. of ICECCS 2005, IEEE Computer Society,
P 2284, 313 - 321 (2005)
C. Traulsen, M. Steffen, Using constraints for model checking buffered systems (extended abstract), Proc. of the 17th
Nordic Workshop on Programming Theory, (2005)
Präsentationen
H. Fecher, 29 new unclarities in the semantics of uml 2.0 state machines, Universtität York, York, GB, 02.11.2005
H. Fecher, 29 new unclarities in the semantics of uml 2.0 state machines, ICFEM'05, Manchester, GB, 04.11.2005
H. Fecher, Composional operational semantics of a UML-kernel-model language, SOS'05, Lissabon, Portugal,
10.07.2005
A. Grüner, Heap-Abstraction for an Object-Oriented Calculus with Thread Classes, Cosmicah'05, Lissabon, Portugal,
10.07.2005
M. Kyas, Compositional specification and verification of uml models, Universität Oslo, Oslo, Norwegen, 23.02.2005
M. Kyas, An extended type-system for ocl supporting templates and transformations, FMOODS'05, Athen, Griechenland,
15.06.2005
M. Steffen, Determinism, replay, and observability in class-based OO languages, IFIP WG 2.2, Skagen, Dänemark,
02.09.2005
M. Steffen, Inductive proof outlines for exceptions in multithreaded Java, FSEN'05, Teheran, Iran, 01.10.2005
M. Steffen, Observability ussues in class-based languages (inheritance, concurrency, cloning), Universität Oslo, Oslo,
Norwegen, 23.02.2005
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M. Steffen, Switching, swapping, and replay. Issues for an open semantics for a Java-like calculus, CAU zu Kiel, AG
Informatik, Logik und Mathematik, Kiel, Deutschland, 08.06.2005
FMCO 2005: Leiden, Niederlande, 1. 4.11.2005, ca. 100 Teilnehmer, gemeinsam organisiert von W.-P. de Roever, F.
de Boer, M. Bonsangue und S. Graf.
FMOODS 2005: Athen, Griechenland, 15. 17.6.2005, Martin Steffen ist ``program chair'' .
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Technische Informatik
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Die Arbeiten des Lehrstuhls Technische Informatik konzentrieren sich auf den physikalischen Aufbau von Computersystemen
sowie deren Einsatz in unterschiedlichen technischen Anwendungsgebieten. Das Hauptaugenmerk in der Forschung
liegt auf massiv parallelen Systemen, insbesondere solchen, bei denen rechenintensive Operationen durch Einsatz von
Spezialarchitekturen signifikant beschleunigt werden können. Vier Schwerpunkte beschreiben die Aktivitäten im Jahre
2005: Erstens die Entwicklung von Spezialarchitekturen für rechenintensive Basisoperationen in der Kryptographie, zweitens
die Entwicklung eines massiv parallelen Spezialrechners auf der Basis von rekonfigurierbaren integrierten Schaltungen
(Field Programmable Gate Arrays, FPGAs), drittens die Entwicklung eines Programmsystems für Anwendungen in der
Bioinformatik und viertens die Entwicklung eines Agentensystems zur Konsistenzüberwachung der Prototypenfertigung im
Automobilbau.
Ergebnisse
Spezialarchitekturen für die Kryptographie
Die modulare Multiplikation ist die Basisoperation für viele kryptografische Verfahren, insbesondere das RSA-Verfahren
und das Verfahren der elliptischen Kurven. Diese Algorithmen arbeiten in der Regel mit Operandenlängen von mehreren
hundert bis zu mehreren tausend Bits. Da sie im Wesentlichen aus wiederholter Anwendung der Modularmultiplikation
bestehen, ist der Rechenaufwand für diese die entscheidende Gröÿe für die Komplexität des Gesamtverfahrens. Im Rahmen
der Entwicklung neuer effizienter Hardware-Algorithmen für die Modularmultiplikaton konzentriert sich die Forschung des
Lehrstuhls hier auf die Beschleunigung vorhandener Algorithmen durch den Einsatz schneller Addierer, die Operanden
in redundanter Darstellung verarbeiten können und Ergebnisse in derselben redundanten Darstellung erzeugen. Ein
solcher so genannter Carry-Save-Addierer weist nicht den Nachteil eines konventionellen Addierers auf, bei dem die
Weitergabe eines Übertrags über mehrere Stellen die Laufzeit der Gesamtaddition bestimmt. Ein zweiter Ansatz der
Verbesserung ist die Zwischenspeicherung von mehrfach verwendeten Werten in speziellen, besonders schnellen Speichern,
die als Teil des Modularmultiplizierers in die Schaltung integriert werden. Durch diese neuen Architekturideen konnte
ein Verfahren zur Beschleunigung der Modularen Exponentiation entwickelt werden, bei dem während der Ausführung
keine Rückkonvertierung der redundanten Werte in die normale Binärdarstellung mehr erforderlich ist. Dadurch gelingt
es, die Exponentiation massiv zu beschleunigen. Ferner wurde in Zusammenarbeit mit dem Zentrum für IT-Sicherheit
der Ruhr-Universität Bochum eine Beispielimplementierung mehrerer unserer Verfahren zur Modularen Multiplikation
entwickelt und veröffentlicht.
Cobra - Cost-Optimized brute Force Attacker
Die Kryptoanalyse von symmetrischen Verschlüsselungsverfahren ist äuÿerst rechenaufwändig. Daher sind die Schlüssellängen fast aller praktisch relevanten Verschlüsselungsverfahren so gewählt, dass Angriffe auf Basis konventioneller
Computer wegen der dafür erforderlichen Rechenzeit undurchführbar sind. Der einzige bis heute bekannte Weg, solche
Chiffren anzugreifen, besteht darin, spezielle eigens für eine Anwendung entworfene Hardware zu verwenden. Wird
solch eine Maschine einzig und allein für eine bestimmte Kryptoanalyse optimiert, so sind drastische Verbesserungen
im Preis-/Leistungsverhältnis zu erwarten, so dass die Dechiffrierung kommerzieller Schlüssel in Reichweite kommt.
Im Cobra-Projekt, das zusammen mit der Ruhr-Universität-Bochum durchgeführt wird, wird eine Maschine gebaut, die
universell zur Analyse symmetrischer Verschlüsselungen eingesetzt werden kann. Als primäres Entwurfsziel wurde eine
rekonfigurierbare Architektur im Niedrigpreissegment gewählt, die für weniger als 10000 US$ realisierbar ist. Die Maschine
wurde im Laufe des Jahres 2005 entworfen und als Prototyp mit 6 FPGA-Chips gebaut. Die Entausbaustufe soll im
Jahre 2006 entstehen und 204 FPGAs enthalten. Diese Hardware ist fähig, eine vollständige Schlüsselsuche des Data
Encryption Standard (DES) mit einer Rate von 235 Schlüsseln pro Sekunde und einer durchschnittlichen Suchzeit von
9 Tagen auszuführen. Cobra wird zukünftig neben kryptoanalytischen auch für andere Algorithmen eingesetzt, da sich
die entstandene Hardware trotz der ursprünglich sehr eingeschränkten Zielgruppe von Algorithmen als äuÿerst vielfältig
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almanach 05
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einsetzbar erwiesen hat.
Bioinformatik
Gemeinsam mit dem Institut für Medizinische Mikrobiologie und Virologie der CAU Kiel wurde bereits im Jahre 2004
ein Programmsystem für die Einordnung von Aminosäuresequenzen in durch bekannte Stämme vorgegebene Kategorien
entwickelt. In diesem Jahr wurde dieses Tool um eine Reihe von weiteren Merkmalen ergänzt. Der Anwender bekommt
bei totaler Übereinstimmung die gesuchte Mutation des jeweiligen Stammes oder, bei nicht totaler Übereinstimmung,
eine Rückmeldung über die Position in der Folge der Nucleotide, an der die Sequenzierung mit hoher Wahrscheinlichkeit
einen Fehler aufweist. Dieses System versetzt die Mediziner in die Lage, den sehr mühsamen und oft fehlerbehafteten
Prozess der Einordnung der Sequenzen, der bislang von den jeweiligen Forschern ohne Rechnerunterstützung gemacht
wurde, abzunehmen. Das System wurde nach dem Test durch den Projektpartner freigegeben und steht unter
http://www.informatik.uni-kiel.de/~amino/ zur freien Nutzung für die wissenschaftliche Gemeinde zur Verfügung.
Zusätzlich zu den SHV-Stämmen wurden im Jahre 2005 TEM und OXA in das Werkzeug mit aufgenommen.
Prototypenkontrolle im Automobilbau
In Zusammenarbeit mit der Volkswagen AG wurde ein agentenbasiertes Programmsystem entwickelt und in die im
Volkswagen-Konzern vorhandene Entwurfsumgebung integriert, das den Prozess des Prototypenentwurfs kontinuierlich auf
Konsistenz überprüft. Im Berichtszeitraum wurde die Überprüfung von Oberflächen und Bohrungen auf Passgenauigkeit
implementiert. Eine Systematik für eine vollständige Überprüfung durch individuelle Überwachung von Verbindungselementen und Kontaktflächen wurde als modulares agentenbasiertes Programmsystem in Java entwickelt. Im November
2005 wurde als Abschlussveranstaltung des ersten Teilprojekts PLUG1 in der AutoUni Wolfsburg ein Workshop zum Thema
Agentenbasierte Systeme in der Industrie durchgeführt. Die Forschungsergebnisse der Gruppe Technische Informatik
wurden hier in drei Vorträgen präsentiert.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. rer. nat. Manfred Schimmler; Sekretariat: Brigitte Scheidemann (50%)
Technisches Personal: Dipl.-Ing. Jürgen Noss
Dipl.-Inform. Viktor Bunimov
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. Heinz Kreft
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. Gerd Pfeiffer
01.01.-31.12.2005
CAU
Winter 2004/2005
Hardware-Praktikum, 3 Std. Praktikum/Woche,
J. Noss (+ V. Bunimov, M. Schimmler, G. Pfeiffer)
Oberseminar Technische Informatik, 2 Std. Seminar/Woche,
M. Schimmler
Entwurf von Schaltungen für kryptographische Funktionen, 2 Std. Seminar/Woche,
M. Schimmler (+ V. Bunimov)
Systemorientierte Informatik I (Digitale Systeme), 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
M. Schimmler (+ V. Bunimov, G. Pfeiffer, H. Kreft)
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Sommer 2005
almanach 05
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Advanced Communication Networks (Computer Networks and Interworking), 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/
Woche,
M. Schimmler
M. Schimmler (+ J. Noss, V. Bunimov, G. Pfeiffer)
M. Schimmler
Entwurf von Schaltungen für kryptographische Funktionen, 2 Std. Seminar/Woche,
Parallelrechner aus Standardkomponenten, 4 Std. Praktikum/Woche,
FPGA Entwurf mit VHDL, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
M. Schimmler (+ G. Pfeiffer)
Hacker-Praktikum, 4 Std. Praktikum/Woche,
Heinz Kreft (+ Th. Wilke)
Winter 2005/2006
J. Noss (+ V. Bunimov, M. Schimmler, G. Pfeiffer)
M. Schimmler
Systemorientierte Informatik I (Digitale Systeme), 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
M. Schimmler (+ V. Bunimov, G. Pfeiffer, H. Kreft)
FPGA-Praktikum, 4 Std. Praktikum/Woche,
M. Schimmler (+ G. Pfeiffer)
Drittmittel
VW-Projekt PLUG, Personal- und Sachmittel, 01.03.2004-31.08.2005 (39.587,00 EUR)
Bio-Projekt EGT2, Personal- und Sachmittel, 01.12.2004-31.01.2005 (3.000,00 EUR)
VW-Projekt PLUG, Personal- und Sachmittel, 28.11.2005-31.07.2006 (45.000,00 EUR)
DFG, Forschungsreise, 20.-23.06.2005 (1.487,00 EUR)
b+m Informatik AG/Süverkrüp Automobile GmbH & Co KG, Software-Challange 2006, 01.09.2005-31.05.2006
(11.024,16 EUR)
Dissertationen
V. Bunimov, Entwicklung von neuen Algorithmen der Computerarithmetik in Hinsicht auf ihre Nutzung in der
Kryptographie, 07.12.2005
Veröffentlichungen
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V. Bunimov, M. Schimmler, Completely Redundant Modular Exponentiation by Operand Changing, The 2005
International Conference on Computer Design, (2005)
D. N. Amanor, V. Bunimov, C. Paar, J. Pelzl, M. Schimmler, Efficient Hardware Architectures for Modular Multiplication
on FPGAs, 15th International Conference on Field Programmable Logic and Applications, (2005)
G. Pfeiffer, H. Kreft, M. Schimmler, Hardware Enhanced Biosequence Alignment, International Conference on
Mathematics and Engineering Techniques in Medicine and Biological Sciences (METMBS'05), Las Vegas, (2005)
H. Kreft, Cashing up with mobile Money - The FairCASH way, In EURO mGov 2005, (2005)
M. B. Toledo Munioz, K. Spors, W. Bracht, M. Schimmler, Agentenbasierte Modellierung und Analyse von Verbindungen
im Produktentstehungsprozess, Zeitschrift für wirtschaftliche Fabrikplanung (ZWF), 100, 319 - 323 (2005)
R. Podschun, V. Bunimov, C. Noah, G. Pfeiffer, M. Schimmler, EGT - a tool for the identification of ESBL genotypes in
Klebsiella, 57. Jahrestagung der DGHM, Göttingen, (2005)
Patent-Anmeldungen
Manfred Schimmler, Viktor Bunimov, Verfahren und integrierte Schaltung zur Durchführung einer Multiplikation modulo
M, München, 17.01.2005, 10223853.7-53
Präsentationen
Manfred Schimmler, Grundlagen der Computerarithmetik, MNU-Tagung, CAU Kiel, 22.03.2005
Manfred Schimmler, Ein Agent zur Passungskontrolle für Oberflächen, Volkswagen AG, Abt. Versuchsbau, Wolfsburg,
04.04.2005
S. Baumgart, Gatekeeper: Ein Schnittstellenagent für die Entwurfsvalidierung, Volkswagen AG, Abt. Versuchsbau,
Wolfsburg, 02.06.2005
Manfred Schimmler, Wie rechnet ein Rechner, IQSH-Tagung, CAU Kiel, 12.09.2005
Manfred Schimmler, Einführung in die Agententechnologie, eingeladener Vortrag beim Workshop 'Agentensysteme',
AutoUni, Wolfsburg, 28.11.2005
S. Baumgart, Agentenbasierte Entwurfsvalidierung bei CAD-Konstruktion, Workshop 'Agentensysteme', AutoUni,
Wolfsburg, 28.11.2005
M. B. Toledo Munioz, Agentenbasierte Konstruktionsunterstützung: Modellbasierte Untersuchung von Verbindungen mit
Hilfe von Agentensystemen, Workshop 'Agentensysteme', AutoUni, Wolfsburg, 28.11.2005
Viele Studienanfänger der Informatik kommen mit einer falschen Vorstellung über das Fachgebiet und über das Studium
insbesondere. Daher beobachten wir in den ersten Fachsemestern einen starken Schwund bei den Studierenden. Um den
Schülern bei ihrer Entscheidung für oder gegen ein Informatik-Studium zu helfen, engagieren sich die Professoren der
Informatik in unterschiedlicher Weise. Drei Aktivitäten, an denen unser Lehrstuhl sich beteiligte, sind die Schul AG, das
Enrichment-Programm des Landes Schleswig-Holstein und die b+m-Software-Challenge 2006.
Schul-AG: In kleinen Gruppen zu jeweils drei Schülern werden Lehrinhalte der Technischen Fakultät vermittelt. Der Lehrstuhl
Technische Informatik bietet hier einen Einführungskurs in den Entwurf digitaler Systeme an.
Enrichment-Programm: Schüler mit besonderen Begabungen bekommen Gelegenheit, anspruchsvolle wissenschaftliche
Inhalte durch Spezialkurse zu erlernen. Der Lehrstuhl Technische Informatik führt die Schüler hier in 6 Doppelstunden an
die modernsten Verfahren zur Beschleunigung von Verschlüsselungshardware heran.
b+m-Software-Challenge: Das Institut für Informatik veranstaltet einen Programmierwettkampf an den Gymnasien der
K.E.R.N.-Region. Zu diesem Zweck werden Assistenten und Wissenschaftliche Hilfskräfte an die Schulen entsandt, um die
Lehrkräfte im Informatik-Unterricht zu unterstützen und weiterzubilden. Das Personal für diese Leistung wird finanziert
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durch die b+m-Informatik AG und das Autohaus Süverkrüp+Ahrend und initiiert und geleitet von den Lehrstühlen
Theoretische Informatik und Technische Informatik der CAU Kiel.
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Technologie der Informationssysteme
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In der Forschung und Lehre orientiert sich der Lehrstuhl Technologie der Informationssysteme auf die Schwerpunkte:
Integrierte Entwicklung von Informationssystemen auf der Grundlage einer Co-Design-Entwicklungmethodik,
Theorie der Datenbank- und Informationssysteme mit dem Schwerpunkt semantische Grundlagen,
Analyse und Synthese von Polyedertopologien in Kristallen auf der Grundlage von Graphmodellen von Kristallstrukturen,
Theorie und Technologie der Content-Management-Systeme mit Mechanismen der Content-Generierung, -Pflege und des
Ausspieles von Content,
Entwicklung von Methodiken, Technologien und Theorien für informationsintensive Websites im Bereich des e-Business,
e-Learning und für Informationssites.
Ergebnisse
Content-Management-Systeme: Aufbauend auf den Projekten für informationsintensive Websites wurde ein auf
dem Co-Design beruhender Ansatz für Content-Managment-Systeme ausgearbeitet, in bestehende Architekturen von
Informationssystemen eingepasst und in Anwendungen erprobt. Der Ansatz wird z.Z. zu einem Vorschlag für eine
Technologie des Content-Management verdichtet.
Konstruktionslehre zur Entwicklung komponentenbasierter Informationssysteme: Es wurden dazu neben der
Entwicklung der Grundlagen und der Architektur auch Konstruktionsmethoden entwickelt und in Anwendungen erprobt.
So wurde mit einer Theorie der Interaktionsmuster ein Vorschlag für eine Architektur interaktiver Systeme geschaffen. Die
Konstruktionslehre fuÿt auf der Separation von Anwendungen in Komponenten durch Aufspaltung der Anwendungen in
mehrdimensionale Strukturen.
Integrierte Entwicklung von Informationssystemen: Es wurde ein Co-Design-Zugang, der eine integrierte Spezifikation
von Strukturierung, Funktionalität, Verteilung und Interaktivität von Informationssystemen gestattet, entwickelt. Die
integrierte Spezifikationslehre im Co-Design-Zugang verallgemeinert die Theorie der Entity-Relationship-Modelle, bei
denen bereits eine integrierte Entwicklung von Strukturierung und Funktionalität realisiert wurde und mit Editoren
unterstützt wird.
Theorie der Datenbank- und Informationssysteme: Am Lehrstuhl wurden die Arbeiten zur Revision der Theorie
semantischer Integritätsbedingungen und zu Visualisierungstechniken mit Visual SQL fortgeführt. Es wird das Visual
SQL-Projekt auf der CeBIT '06 ausgestellt.
Sprachen zur Spezifikation von Websites: Die Theorie der Medientypen und von Websites wurde um eine Kontextund Pragmatiktheorie ausgeweitet. Damit kann der Lehrstuhl eine in sich geschlossene Theorie von Websites vorlegen, mit
der auch Storyboarding-Zugänge für die Modellierung der Benutzung von Websites eine Theoriegrundlegung erfahren. Die
logischen und algebraischen Grundlagen zur Spezifikation von Websites wurden um generische Funktionalität, generisches
Storyboarding und um Architekturen für DB2-XML-basierte Websites bereichert. Es wurde die Entwicklung von Werkzeugen
zur Generierung von Websites vorangetrieben.
Begleitung und Entwicklung von Anwendungen: In einem Kooperationsprojekt mit der Volkswagen Forschung wurde
eine Plattform zur Integration von Informationssystemen entwickelt. In Zusammenarbeit mit der Stadt Kiel, dem Land
Schleswig-Holstein und Firmen aus Schleswig-Holstein wird an einer Plattform für eGovernment-Anwendungen gearbeitet.
Der Lehrstuhl hat im Rahmen einer Reihe von studentischen Praktika für das Institut die Verwaltung der Studierendendaten
durch ein Datenbanksystem realisiert.
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Polyedernetzwerke in Kristallen und Isomorphieprobleme: Unendliche Netzwerke, die von Koordinationspolyedern
in Kristallstrukturen gebildet werden, können mit Hilfe endlicher Polyedergraphen repräsentiert werden. Informationen
zur Symmetrie der Strukturen erlauben die Angabe einer redundanzfreien Darstellung, die sich für raumgruppenzentrierte
Aufzählungsverfahren eignet. Es wurden verschiedene Operationen auf Einbettungen von Polyedergraphen untersucht, unter
denen sich die topologischen Eigenschaften der repräsentierten Netzwerke und bestimmte geometrische Eigenschaften nicht
verändern. Damit können Unterschiede von Polyedernetzwerken mit identischen Polyedergraphen geeignet charakterisiert
werden. Die Ergebnisse werden für die Weiterentwicklung der Suche nach isomorphen Teilstrukturen in dem als
Web-Anwendung zur Verfügung stehenden System CRYSTANA verwendet.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. B. Thalheim; Sekretariat: A. Kruse (50%)
Technisches Personal: Dipl.-Ing. (FH) B. Rehling
Dipl.-Inf. A. Binemann-Zdanowicz
01.01.-30.11.2005
Dipl.-Inf. G. Fiedler
01.01.-31.12.2005
apl.-Prof. Dr. H.-J. Klein
01.01.-31.12.2005
M.Sc. R. Noack
01.10.-31.12.2005
Dipl.-Ing. (FH) T. Raak
01.01.-31.07.2005
Volkswagen AG, Wolfsburg
Dipl.-Math. I. Romalis
01.01.-31.07.2005
Volkswagen AG, Wolfsburg
Dipl.-Wirt.-Inf. P. Schmidt
01.01.-31.12.2005
Winter 2004/2005
Datenbanksysteme I - A5.2, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
B. Thalheim (+ P. Schmidt)
Datenbanktheorie, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
H.-J. Klein (+ G. Fiedler)
Fuzzy-Methoden, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
A. Salski (+ A. Salski)
Intelligente Informationssysteme, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
B. Thalheim (+ G. Fiedler)
Technologie der Informationssysteme, 2 Std. Oberseminar/Woche,
B. Thalheim (+ H.-J. Klein)
Datenbanksysteme, 2 Std. Seminar/Woche,
B. Thalheim, H.-J. Klein
Übungen zu Datenbanksystemen (Fortgeschrittenenpraktikum), 4 Std. Praktikum/Woche,
Sommer 2005
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Stipendium, DFG
Anfragesprachen, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
almanach 05
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Ausgewählte Kapitel der Künstlichen Intelligenz, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Datenbanksysteme II, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Winter 2005/2006
Datenbanksysteme I - A5.2, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Fuzzy-Methoden, 2 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Informatik III (Softwaretechnologie), 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Drittmittel
DFG-Graduiertenkolleg 'Verteilte Informationssysteme', 1 Doktorand, 01.11.2004-30.11.2005 (32.750 EUR)
Volkswagen Elektronikforschung, Standardisierung OEM-Initiative HMI, 23.02.-31.12.2005 (49.000 EUR)
DAAD, PPP Finnland, 27.12.2004-31.12.2005 (6.501 EUR)
University of Antwerp (Jan Paredaens), Free University Berlin (Heinz Schweppe, Hans-Joachim Lenz), Technical University
Berlin (Herbert Weber), Humboldt University Berlin (Johann Christoph Freytag, Oliver Günther), Alfred Renyi Institute
Budapest (Gyula Katona Dezsö Miklós), MTA SZTAKI Budapest (Janos Demetrovics), University Conception (Marcela Varas),
Cottbus University of Technology (Heinrich-Theodor Vierhaus), University of Dortmund (Gabriele Kern Isberner, Joachim
Biskup), Freiburg University (Dietmar Janetzko), Technical University Hamburg-Harburg (Joachim W. Schmidt), Klagenfurt
University (Heinrich Mayr), Louisiana State University (Peter P. Chen), Manchester University (Farid Meziane), Massey
University (Klaus-Dieter Schewe, Roland Kaschek, Sven Hartmann), Lomonossov University Moscov (Elyar Gasonov, Valerij
B. Kudrjavcev), Pittsburg University (Alfs Berztiss), Charles University Prague (Jaroslav Pokorny), Queensland University
(Maria Orlowska), Microsoft Research Redmond (Yuri Gurevich), Saarbrücken University (Klaus-Peter Jantke), Brighton
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Young University Salt Lake City (David Embley), Silicon Valley Lab IBM (Laura Haas, Holger Kache), Tampere University of
Technology (Hannu Jaakkola), Tampere University (Hannu Kangassalo, Jyrki Nummenmaa), Umea University (Stephen
Hegner, Oleg Seleznev), Versailles University (Elisabeth Metais)
Dissertationen
I. Nebel, Entwurf, Anwendung und Evaluation von domänenspezifischer Benutzermodellierung für intelligente tutorielle
Systeme, 10.02.2005
Veröffentlichungen
S. Al-Fedaghi, G. Fiedler, B. Thalheim, Privacy enhanced information systems, EJC05, Tallinn, (2005)
A. Binemann-Zdanowicz, K.-D. Schewe, B. Thalheim, Development of Collaboration Frameworks for Distributed Web
Information Systems, Proc. 7th International Conference on Information Integration and Web-Based Applications
and Services (IIWAS 2005),Eds. G. Kotsis, D. Taniar, S. Bressan, I. K. Ibrahim, S. Mokhtar, Österreichische Computer
Gesellschaft 2005, vol. 2, 551 - 562 (2005)
A. Binemann-Zdanowicz, K.-D. Schewe, B. Thalheim, J. Zhao, Quality Assurance in the Design of Web Information
Systems, 5th International Conference on Quality Software (QSIC 2005), Eds.: K.-Y. Cai, A. Ohnishi, M.F. Lau,
IEEE Computer Society 2005., 91 - 98 (2005)
A. Binemann-Zdanowicz, P. Schmidt, B. Thalheim, Z. Kramer, ASM Support for the Validation of Specifications: Lessons
Learned from an eGovernment Project, Proc. Abstract State Machines Conference (ASM 2005), (2005)
A. Binemann-Zdanowicz, R. Kaschek, T. Kuss, K.-D. Schewe, B. Thalheim, B. Tschiedel, A Conceptual View of Electronic
Learning Systems, Education and Information Technologies, vol. 10, 1 - 2 (2005)
G. Fiedler, P. Schmidt, Developing Interactive Voice Response Interfaces for Large Information Systems, Proc. Euro mGov
2005, Mobile Government Consortium International LL, 182 - 191 (2005)
G. Fiedler, T. Raak, B. Thalheim, Database collaboration instead of integration, APCCM'05, CRPIT, 43, 49 - 58 (2005)
H. Jaakkola, T. Mäkinen, B. Thalheim, T. Varkoi, Evolving the database co-design framework by SPICE, EJC05, Tallinn,
(2005)
H.-J. Klein, Non-Redundant Graph Representation of Polyhedral Networks, Acta Cryst. A61, C479, (2005)
H.-J. Lenz, B. Thalheim, OLTP-OLAP schemes for sound applications, VLDB Workshop TEAA 2005 (Trends in Enterprise
Application Architecture), Trondheim, (2005)
H. Ma, K.-D. Schewe, B. Thalheim, J. Zhao, View Integration and Cooperation Databases, Data Warehouse and Web
Information Systems, Lecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag, vol. 3730, 213 - 249 (2005)
T. Moritz, K.-D. Schewe, B. Thalheim, Strategic Modelling of Web Information Systems and Its Impact on Visual Design
Patterns (invited paper), Proc. ICWE 2005 Workshop on Web Information Systems Modelling
WISM 2005,
Eds. Flavius Frasnicar, Geert-Jan Houben, Richard Vdkovjak, University of Wollongong, School of IT and Computer
Science, 5 - 13 (2005)
T. Moritz, K.-D. Schewe, B. Thalheim, Strategic Modelling of Web Information Systems, Technical Report, Massey
University, 8, (2005)
T. Moritz, K.-D. Schewe, B. Thalheim, Strategic Modelling of Web Information Systems, International Journal of Web
Information Systems, vol. 1(4), 77 - 94 (2005)
A. Salski, F. Bartels, A fuzzy approach to land evaluation, IASME Transactions, Issue 5 Sustainable Development (EEESD
05), 2, 774 - 780 (2005)
K.-D. Schewe, B. Thalheim, Conceptual Modelling of Web Information Systems, Data & Knowledge Engineering, vol.
54(2), 147 - 188 (2005)
K.-D. Schewe, B. Thalheim, The Co-Design Approach to Web Information Systems Development, International Journal
SEITE
138
almanach 05
tf
on Web Information Systems, vol.1(1), 5 - 14 (2005)
K.-D. Schewe, B. Thalheim, An Algorithmic Approach to High-Level Personalisation of Web Information Systems,
Advances in Web-Age Information Management, roc. WAIM 2005, Eds. W. Fan, Z. Wu, J Yang) LNCS,
Springer-Verlag, vol. 3739, 737 - 742 (2005)
K.-D. Schewe, B. Thalheim, A. Tretiakov, Personalised Web-Based Learning Systems, Proc. 5th IEEE International
Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT 2005), Eds. Peter Goodyear, Demetrios Sampson, David
Jin-Tan Yang, Kinshuk, Toshio Okamoto, Roger Hartley, Nian-Shing Chen, IEEE Computer Society 2005, 655 - 657
(2005)
K.-D. Schewe, B. Thalheim, Reasoning about Web Information Systems, Abstract in: Perspectives in Conceptual Modeling
- ER 2005 Workshops, Springer, LNCS vol. 3770, 464 - 467 (2005)
K.-D. Schewe, B. Thalheim, J. Zhao, Quality Assurance in the Design of Web Information Systems, Proc. QSIC 2005,
Quality Software International Conference, Melbourne, Australia, (2005)
K.-D. Schewe, B. Thalheim, Development of Collaboration Frameworks for Distributed Web Information Systems, Proc.
iiWAS 2005, Seventh International Conference on Information Integration and Web Based Applications and Services
(iiWAS2005), Kuala Lumpur, Malaysia, (2005)
K.-D. Schewe, B. Thalheim, Personalisation of Web Information Systems - A Term Rewriting Approach, Technical Report,
Massey University, 14, (2005)
P. Schmidt, Business Process Modelling for mGovernment Applications, Proc. Euro mGov, Mobile Government Consortium
International LLC, (2005)
O. Seleznjev, B. Thalheim, Integration of random databases, EMS 2005, Oslo, (2005)
O. Seleznjev, B. Thalheim, Joining multiple random tables, Research Report, Universität Umea, Schweden, 2, 1 - 25
(2005)
Patent-Anmeldungen
B. Thalheim, G. Fiedler, Th. Raak, I. Romalis, A.-K. Lucht, D. Ströh, K. Jannaschk, Softwareentwicklungssystem u.
Softwareentwicklungsverfahren z. integrierenden Entwicklg. v. Software, Patentverwertungsagentur
Schleswig-Holstein, 30.09.2005, AZ DE 102005047346.6
Präsentationen
A. Binemann-Zdanowicz, Website Storyboarding: Challenges and Solutions, Invited talk at Hamburg-Harburg University
of Technology, Hamburg, Deutschland, 25.01.2005
A. Binemann-Zdanowicz, Website Validation with Abstract State Machines, Talk at the International Conference on
Abstract State Machines (ASM 2005), Paris, Frankreich, 10.03.2005
A. Binemann-Zdanowicz, Generative Functionality for Interactive Information Systems, Berlin-Brandenburg Graduate
School in Distributed Information Systems, Groÿ Dölln, Deutschland, 04.06.2005
A. Binemann-Zdanowicz, A Generative Approach to Functionality of Interactive Information Systems,
Berlin-Brandenburg Graduate School in Distributed Information Systems, Berlin, Deutschland, 18.11.2005
G. Fiedler, Database Colloboration Instead of Integration, Talk at the APCCM '05, Newcastle, Australien, 01.02.2005
G. Fiedler, Conceptual Content Management, Tampere University of Technology, Pori, Finnland, 27.09.2005
G. Fiedler, Sprachbasierte Informationssysteme, Schnupperstudium Informatik der CAU Kiel, Kiel, Deutschland,
11.10.2005
H.-J. Klein, Non-Redundant Graph Representation of Polyhedral Networks, XX Congress of the Intern. Union of
Crystallography, Florence, Italien, 23.08.2005
A. Salski, A fuzzy approach to land evaluation, WSEAS International Conference on Energy, Environment, Ecosystem &
Sustainable Development (EEESD 05), Vouliagmeni/Athen, Griechenland, 12.07.2005
P. Schmidt, Business Process Modelling for mGovernment Applications, mGov 2005, Brighton, Sussex university, UK,
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139
almanach 05
tf
10.07.2005
P. Schmidt, Developing Interactive Voice Response Interfaces for Large Information Systems, mGov 2005, Brighton,
Sussex University, UK, 10.07.2005
B. Thalheim, Reasoning about Web Information Systems, Half-day Tutorial, Abstract in: Perspectives in Conceptual
Modeling, ER 2005, Klagenfurt, Österreich, 24.10.2005
B. Thalheim, Reasoning about Web Information Systems. Half-day Tutorial, International Conference on Web Age
Information Management (WAIM 2005), Hangzhou, China, 11.10.2005
B. Thalheim, Foundations of Web Information Systems. Half-day Tutorial, 9th East-European Conference on Advances in
Databases and Information Systems (ADBIS 2005), Tallinn, Estland, 10.09.2005
B. Thalheim, Engineering Web Information Systems. Half-day Tutorial, 5th International Conference on Web Engineering
(ICWE2005), Sydney, Australien, 16.07.2005
B. Thalheim, Systematic development of information intensive websites. Full-day Tutorial, CAiSE'05, Porto, Portugal,
13.06.2005
B. Thalheim, Database Component Ware - Towards This Century Engineering, Institutskolloquium, Heidelberg,
B. Thalheim, Codesign von Strukturierung, Funktionalität, Modellierung 2005, Heidelberg, Deutschland, 16.03.2005
B. Thalheim, From Databases To XML Suites: Pearls And Hereditary Diseases, Kolloquium, Rostock, Deutschland,
28.04.2005
B. Thalheim, Theoretische Grundlagen von Aggregation in OLAP-Anwendungen, Kolloquium der Wirtschaftsinformatik, FU
Berlin, Berlin, Deutschland, 12.05.2005
B. Thalheim, Privacy Enhanced Database Systems, EJC'05, Tallinn, Estland, 16.05.2005
B. Thalheim, SPICE Level 3 Database Development Methodologies, EJC'05, Tallinn, Estland, 16.05.2005
B. Thalheim, Intelligente integrierte Informationssysteme, Autouniversität, VW, Wolfsburg, Deutschland, 06.09.2005
B. Thalheim, Modern Databases Theory and Technology: Pearls, Sights To Behold, Problems to Be Solved, And
Hereditary Diseases, Lomonossow-Universität Moskau, Kolloquium, Mechanisch-Mathematische Fakultät, Moskau,
Russland, 28.09.2005
B. Thalheim, Mathematical Foundations of Information Systems Theory, Lomonossow-Universität Moskau, Kolloquium,
Mechanisch-Mathematische Fakultät, Moskau, Russland, 30.09.2005
B. Thalheim, Foundations of Content Management Systems, Lomonossow-Universität Moskau, Kolloquium,
B. Thalheim, Synthesis Theory of Database Applications based on Database Component Ware, Lomonossow-Universität
Moskau, Kolloquium, Mechanisch-Mathematische Fakultät, Moskau, Russland, 06.10.2005
B. Thalheim, Complexity of Constraint Specification, Lomonossow-Universität Moskau, Kolloquium,
B. Thalheim, Co-Design of Information Systems, Lomonossow Universität Moskau, Kolloquium, Fakultät für Informatik,
Moskau, Russland, 29.09.2005
G. Fiedler:
Session Chair: 10 - 12 Juli 2005, Sussex Universität, Brighton, UK
H.-J. Klein:
Mitglied im Programmkomitee von FoIKS 2006 (4th Int. Symp. on Foundations of Information and Knowledge Systems),
Budapest, 2006
Sonstiges: Mitglied des Sprechergremiums des GI-Arbeitskreises 'Grundlagen von Informationssystemen'
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A. Salski:
Mitglied des Editorial Board: An Intern. Journal Ecological Informatics , Elsevier.
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Mitglied des Programmkomitees: 5th International Conference on Ecological Informatics ISEI5, 2006, Santa Barbara, USA.
B. Thalheim:
Kolmogorow-Professor, Lomonossow-Universität Moskau, seit 2005
Programmkomitee Co-Chairman eComo'2005
Mitglied des Programmkomitees bei:
ICDT'05, International Conference on Database Theory, Edinburgh, January 2005
ASM'05, Workshop, Paris, March 2005
PISA'05, Sydney, Australia, March 2005
FINCO'05, Foundations of Interactive Computation, Edinburgh, Scotland, April 2005
IRMA'05, Information Resources Management Association, International Conference combining 17th AnnualDAMA
International Symposium, 9th Annual Wilshire Meta-Data Conference, San Diego, May 2005
EJC'05, European-Japanese Symposium on Conceptual Modeling, Tallinn, May 2005
ISTA'05, 4th International Conference on Information Systems Technology and its Applications, Palmerston North, New
ZealandSalt Lake City, May 2005
WWW'05, 14th International World Wide Web Conference, Chiba, Japan, May 2005
CAiSE'05, Porto, Portugal, June 2005
WISM'05, Sydney, Australia, July 2005
ISD'05, 14th Conference,Information Systems Development: Bridging the Gap between Academia and Industry, Karlstad
University, Sweden, August 2005
NLDB'05 10th Int. Applications of Natural Languages to Databases, Alicante, Spain, June 2005
DEXA'05,Barcelona, Spain, September 2005
ADBIS'05, 9th East-European Conference on Advances in Databases and Information Systems, Tallinn, Estonia, September
2005
LIT'05, Leipzig, September 2005
ER'05 24th International Conference on Conceptual Modeling, Klagenfurt, Austria, October 2005
BM-UML'05, Best practices of UML, Klagenfurt, Austria, October 2005
QoIS'05,1st International Workshop on Quality of Information Systems, Klagenfurt, Austria, October 2005
Internationale Gremien:
Chair of the Steering Committee of the ER conferences
Vice-Chair of the Steering Committee of the FoIKS conferences
Sprecher und Gründer des German Chapters von DAMA (Data Management) International
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Mobile Government Country Case: Some Applications from Germany Chairs: Bernhard Thalheim, Peggy Schmidt, Gunar
Fiedler
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Theoretische Informatik
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Die Arbeitsgruppe forscht auf den Gebieten Logik in der Informatik, Automaten und formale Sprachen, automatische
Verifikation und kryptographische Protokolle.
Ergebnisse
Automatentheorie und automatische Verifikation. Ein weit verbreiteter Ansatz zur automatischen Verifikation besteht
darin, zunächst sowohl das betrachtete System als auch die zu verifizierende Eigenschaft in Form von endlichen Automaten
zu repräsentieren und für die eigentliche Verifikation dann automatenbasierte Algorithmen zu nutzen. Um hinsichtlich der
Effizienz gute Ergebnisse zu erzielen, ist es notwendig, die beteiligten Automaten möglichst klein zu wählen. Seit Jahren
arbeitet die Arbeitsgruppe deshalb an einer Theorie der Minimierung für endliche Automaten auf unendlichen Wörtern. Im
Jahr 2005 ist es der Arbeitsgruppe gelungen, einen entscheidenden Fortschritt zu erzielen. Wir wissen nun, wie man aus
der Formulierung einer Spezifikation in linearer temporaler Logik mit meist verträglichem Aufwand einen entsprechenden
Automaten konstruieren kann. Basis dieses Verfahrens ist einerseits die von uns entwickelte Simulationstheorie, andererseits
eine geschickte Art, bekannte Algorithmen on the fly anzuwenden.
Synthese verteilter Systeme. Immer wieder zeigt es sich, dass Entwickler von verteilten Algorithmen oder verteilten
Systemen das Wissen der beteiligten Agenten in den Mittelpunkt ihrer Entwurfsüberlegungen stellen. Typische Aussagen
sind etwa: Wenn Agent A nicht weiÿ, ob er eine aktuelle Kopie der Speicherstelle x besitzt, bezieht er eine gültige Kopie
von x über das Netzwerk. Seit einigen Jahren wird deshalb die Idee verfolgt, bei der Spezifikation verteilter Systeme
Formalismen zu benutzen, die explizit über das Wissen der beteiligten Agenten sprechen können. Eine wichtige Frage ist
dann die, ob Spezifikationen in diesem Formalismus automatisch in verteilte Systeme umgesetzt werden können, was
auch lange Zeit vermutet wurde. Der Arbeitsgruppe gelang es, im Jahr 2005 zu beweisen, dass diese Vermutung nicht
wahr ist: Selbst bei sehr eingeschränkten Rahmenbedingungen lassen sich verteilte Systeme, die in Logic of Knowledge
spezifiziert sind, nicht automatisch entwickeln.
Kryptographische Protokolle. Die Arbeitsgruppe hat sich im Jahr 2005 zum einen mit der Analyse kryptographischer
Protokolle und zum anderen mit der simulationsbasierten Sicherheit für den modularen Entwurf kryptographischer
Protokolle beschäftigt. Bei der Analyse kryptographischer Protokolle konzentrierte sich die Arbeit auf solche Protokolle,
deren Sicherheitseigenschaften komplexer, typischerweise spieltheoretischer Natur sind. Hierzu zählen insbesondere
optimistische Vertragsabschlussprotokolle, bei denen die Vertragsparteien in der Regel ohne Vermittlung durch eine dritte
Partei (Notar) einen Vertrag abschlieÿen. Es hat sich in den vergangenen Jahren herausgestellt, dass derartige Protokolle
besonders im Hinblick auf Fragen der Fairness schwierig zu entwerfen und auf ihre Sicherheit hin zu überprüfen sind.
Die Arbeitsgruppe hat im Jahr 2005 deshalb das erste vollautomatische Analyseverfahren für Vertragsabschlussprotokolle
entwickelt und aufgezeigt, welche Grenzen der automatischen Analyse von Vertragsabschlussprotokollen gesetzt sind.
Im Bereich der simulationsbasierten Sicherheit werden in der Literatur zahlreiche Sicherheitsbegriffe und Modelle
vorgeschlagen, ohne jedoch deren Beziehungen zu klären. Dies ist nicht nur aus theoretischer Sicht sehr unbefriedigend,
sondern verhindert auch die Übertragung von Resultaten zwischen den verschiedenen Begriffen und Modellen. Der
Arbeitsgruppe ist es gelungen, die Beziehungen der Sicherheitsbegriffe bzgl. bestimmter modellspezifischer Merkmale
fast vollständig zu klären. Desweiteren wurde ein auf einer Prozessalgebra basierendes Modell zur simulationsbasierten
Sicherheit entwickelt. Für dieses Modell wurden allgemeine Kompositionstheoreme bewiesen, die den modularen Entwurf
kryptographischer Protokolle ermöglichen.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. Th. Wilke; Sekretariat: M. Krause (50%)
Technisches Personal: T. Hess (50%)
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almanach 05
tf
Dipl.-Inf. C. Fritz
Verifikation
01.01.-31.12.2005
DFG
Dr. R. Küsters
Kryptographische Protokolle
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Inf. D. Kähler
Verifikation kryptographischer Protokolle
01.01.-31.12.2005
CAU
Dr. E. Valkema
01.01.-31.12.2005
CAU
Winter 2004/2005
Informatik IV, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Th. Wilke (+ D. Kähler)
Kryptographie, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Küsters, Th. Wilke (+ D. Kähler)
Automaten und formale Sprachen, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Küsters, Th. Wilke (+ C. Fritz)
(t,i)-Café, 1 Std. Seminar/Woche,
C. Fritz, D. Kähler, R. Küsters, Th. Wilke
Informatik für Nebenfächler, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
E. Valkema
Sommer 2005
Informatik II für Ingenieure, 3 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
E. Valkema
Informatik II für Ingenieure, 2 Std. Praktische Übungen/Woche,
D. Kähler
Secure Communications, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Th. Wilke (+ R. Küsters)
Komplexitätstheorie, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Küsters
(t,i)-Café, 1 Std. Oberseminar/Woche,
C. Fritz, D. Kähler, R. Küsters, Th. Wilke
Algorithmische Zahlentheorie und Kryptographie, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Th. Wilke
Hacker-Praktikum, 4 Std. Praktikum/Woche,
H. Kreft, Th. Wilke
Modallogik, 2 Std. Vorlesung/Woche,
Th. Wilke
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Winter 2005/2006
Kryptographie, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Th. Wilke (+ R. Küsters)
Informatik für Nebenfächler, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
E. Valkema (+ D. Kähler)
Automaten, Logiken, Spiele, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Th. Wilke (+ D. Kähler)
Verlustfreie Datenkompression, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Küsters
Theoretische Informatik, 1 Std. Oberseminar/Woche,
Th. Wilke
(t,i)-Café, 1 Std. Oberseminar/Woche,
Th. Wilke
Drittmittel
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Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Minimierung von Automaten mit Anwendungen in der Verifikation
nichtterminierender Systeme, 01.03.2004-28.02.2006 (125000 EUR)
EU-Programm IST: Network of Excellence (NoE), Semantic Interoperability and Datamining in Biomedicine,
01.01.2004-31.12.2007 (84000 EUR)
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Automatische Analyse kryptographischer Protokolle mit komplexen
Nachrichtenformaten, 06.04.2005-05.04.2007 (125000 EUR)
Die Arbeitsgruppe unterhält unter anderem rege Kontakte zu Arbeitsgruppen in Aachen (Prof. Dr. Erich Grädel, Prof. Dr. Dr.
hc. Wolfgang Thomas), Dresden (Prof. Dr. Franz Baader) und Saarbrücken (Prof. Dr. Michael Backes) sowie Arbeitsgruppen
in Edinburgh (Dr. Kousha Etessami), am LORIA, Nancy (Dr. Veronique Cortier, Dr. Michael Rusinowitch), an der Stanford
University (Prof. John Mitchell), am IBM Research Lab, New York (Dr. Ran Canetti), in Sydney (Prof. Ron van der Meyden)
und in Szeged (Prof. Zoltan Esik).
T. Krieger, Entwicklung, Analyse und Implementierung eines sicheren Zugangskontrollmechanismus ohne
Passworttabelle, 06.05.2005
Veröffentlichungen
R. van der Meyden, Th. Wilke, Synthesis of Distributed Systems from Knowledge-Based Specifications, CONCUR 2005,
562 - 576 (2005)
D. Kähler, R. Küsters, Th. Wilke, Deciding Properties of Contract-Signing Protocols, STACS 2005, 158 - 169 (2005)
K. Etessami, R. A. Schuller, Th. Wilke, Fair Simulation Relations, Parity Games, and State Space Reduction for Büchi
Automata, SIAM Journal on Computing, 34(5), 1159 - 1175 (2005)
C. Fritz, Th. Wilke, Simulation relations for alternating Büchi automata, Theoretical Computer Science, 338(1-3), 275 314 (2005)
SEITE
145
almanach 05
tf
C. Fritz, Concepts of Automata Construction from LTL, LPAR 2005, 728 - 742 (2005)
D. Kähler, R. Küsters, Constraint Solving for Contract-Signing Protocols, CONCUR, 233 - 247 (2005)
A. Datta, R. Küsters, J. Mitchell, A. Ramanathan, On the Relationships Between Notions of Simulation-Based Security,
TCC, 476 - 494 (2005)
Y. Chevalier, R. Küsters, M. Rusinowitch, M. Turuani, Deciding the Security of Protocols with Commuting Public Key
Encryption, ENTCS, 55 - 66 (2005)
R. Küsters, On the decidability of cryptographic protocols with open-ended data structures, Int. J. Inf. Sec., 49 - 70
(2005)
R. Küsters, R. Molitor, Structural Subsumption and Least Common Subsumers in a Description Logic with Existential and
Number Restrictions, Studia Logica, 227 - 259 (2005)
Y. Chevalier, R. Küsters, M. Rusinowitch, M. Turuani, An NP decision procedure for protocol insecurity with XOR,
Theoretical Computer Science, 247 - 274 (2005)
R. Küsters, J. Mitchell, Hrsg., Proceedings of the 2005 ACM Workshop on Formal Methods in Security Engineering
(co-located with CCS 2005), (2005)
D. Kähler, R. Küsters, A Constraint-Based Algorithm for Contract-Signing Protocols, Workshop on Foundationcs of
Computer Security (FCS 2005), (2005)
Th. Wilke, D. Perrin and J.-E. Pin, Infinite words: automata, semigroups, logic and games (book review), The Bulletin of
Symbolic Logic, 11(2), 246 - 247 (2005)
Präsentationen
C. Fritz, Simulationsrelationen als, 52. Workshop über Komplexitätstheorie, Datenstrukturen und Effiziente Algorithmen,
Lübeck, Deutschland, 16.08.2005
C. Fritz, Concepts of Automata Construction from LTL, LPAR 2005, Montego Bay, Jamaika, 02.12.2005
D. Kähler, A Constraint-Based Algorithm for Contract-Signing Protocols, Foundations of Computer Security - FCS'05,
Chicago, USA, 01.07.2005
R. Küsters, On the Relationships Between Notions of Simulation-Based Security, TCC 2005, Cambridge (MIT), USA,
12.02.2005
R. Küsters, Sequential Probabilistic Process Calculus - A New Computational Model for Simulation-Based Security,
Seminar in the Cryptography Research Group at IBM T.J. Watson Research Center, Hawthorne, NY, USA, 14.02.2005
R. Küsters, Deciding Properties of Contract-Signing Protocols, STACS 2005, Stuttgart, Deutschland, 24.02.2005
R. Küsters, On the Relationships Between Notions of Simulation-Based Security, Seminaire Informatique Fondamentale,
Nancy (INRIA), Frankreich, 01.03.2005
R. Küsters, On the Relationships Between Notions of Simulation-Based Security, Workshop on the link between formal
and computational models, Paris (ENS), Frankreich, 23.06.2005
R. Küsters, Constraint Solving for Contract Signing Protocols, CONCUR 2005, San Francisco, USA, 24.08.2005
Th. Wilke, Synthesis from Knowledge-based Specifications, Kolloquium Fachbereich Informatik, Universität Stuttgart,
Stuttgart, Deutschland, 22.02.2005
Th. Wilke, Synthesis from Knowledge-based Specifications, Spring School on Infinite Games and Their Applications,
Bonn, Deutschland, 15.03.2005
R. Küsters, Th. Wilke, Automated Analysis of Cryptographic Protocols by Automata-Theoretic Means, AFL 2005,
Dobgoko, Ungarn, 17.05.2005
Th. Wilke, Synthesis from Knowledge-based Specifications, Dagstuhl Workshop on Synthesis and Planning, Wadern,
Th. Wilke, Synthesis from Knowledge-based Specifications, Kolloquium Turku Center for Computer Science (anlässlich der
Promotion von Saeed Salehi), Turku, Finnland, 11.08.2005
Th. Wilke, Synthesis from Knowledge-based Specifications, 52. Workshop über Komplexitätstheorie, Datenstrukturen und
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Effiziente Algorithmen, Lübeck, Deutschland, 16.-17.08.2005
An der Fakultät habilitierte sich Dr. R. Küsters am 29.06.2005.
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Die Arbeitsgruppe richtete das Jahrestreffen der Fachgruppe Formale Methoden und Software Engineering für sichere
Systeme der GI aus.
R. Küsters war Mitglied des Programmkomitees des folgenden internationalen Workshops: FCS.
R. Küsters war Co-Vorsitzender des Programkommitees des folgenden internationalen Workshops: FMSE.
Th. Wilke war Associate Editor der Zeitschrift Formal Methods in System Design.
Th. Wilke war Mitglied des Programmkomitees der folgenden internationalen Konferenzen: CAV, FCT, CIAA.
Th. Wilke war Mitglied des Programmkomitees des folgenden internationalen Workshops: WITS.
Th. Wilke war stellvertretender Sprecher der Fachgruppe Logik in der Informatik der GI und stellvertretender Sprecher des
Fachbereiches Grundlagen der Informatik der GI.
Th. Wilke war Dozent der Spring School on Infinite Games and Applications des EU network GAMES.
Th. Wilke war als Redner eingeladen zu der internationalen Konferenz AFL.
Im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit beteiligt sich die Arbeitsgruppe am Girls' Day 2005, einem Schnupperstudium
Informatik für Schülerinnen und der b+m-Software-Challenge (2004/5 und 2005/6).
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Theorie der Parallelität
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Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich in der theoretischen Forschung mit approximativen Algorithmen (Approximationsschemata,
Online Algorithmen und Nicht-Approximierbarkeit), kombinatorischer Optimierung (algorithmische Graphentheorie,
algorithmische Geometrie, Schedulingtheorie, lineare und nicht-lineare Optimierung) sowie parallelen Algorithmen und
Komplexität paralleler Berechnungen. In der praktischen Forschung arbeiten wir an Problemen aus der Daten- und
Telekommunikation (Kommunikationsnetzwerke, Mobilfunknetze und optische Netzwerke) sowie an Planungsproblemen mit
knappen Ressourcen (Scheduling mit Kommunikationszeiten und Aufbauplanung in automatischen Produktionsprozessen).
Ergebnisse
Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf den Entwurf von effizienten optimalen und approximativen Algorithmen in
der theoretischen Informatik. Die Hauptthemen sind:
(a) approximative Algorithmen für lineare und konvexe Optimierungsprobleme (wie mixed fractional packing and covering)
(b) approximative Algorithmen für Schedulingprobleme (mit parallelen und malleablen Jobs)
(c) approximative Algorithmen für Packungsprobleme von Rechtecken oder Quadraten in ein Rechteck
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. K. Jansen; Sekretariat: U. Iaquinto (50%)
Technisches Personal: P. Karimi Massouleh (50%)
Dipl.-Inf. F. Diedrich
01.01.-31.12.2005 (50%)
DFG
Entwicklung und Analyse von Approximativen Algorithmen für Gemischte und Verallgemeinerte Packungs- und
Überdeckungsprobleme
Dr. O. Gerber
Stipendiatin Graduierten Kolleg
01.01.-18.10.2005
DFG
Dipl.-Math. G. Marchand
01.01.-31.12.2005 (50%)
DFG
Entwicklung und Analyse von Approximativen Algorithmen für Gemischte und Verallgemeinerte Packungs- und
Überdeckungsprobleme
Dipl.-Inf. R. Thöle
01.01.-31.12.2005
Winter 2004/2005
Approximative Algorithmen I, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
K. Jansen (+ R. Thöle, F. Diedrich)
K. Jansen (+ R. Thöle)
Oberseminar: Algorithmen, Kombinatorik und Komplexität, 2 Std. Seminar/Woche,
K. Jansen
CAU
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Seminar Effiziente Algorithmen, 2 Std. Seminar/Woche,
Softwarepraktikum, 3 Std. Praktikum/Woche,
Sommer 2005
Informatik II - Algorithmen und Datenstrukturen, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
K. Jansen
Programmierpraktikum P2, 3 Std. Praktikum/Woche,
Softwarepraktikum, 3 Std. Praktikum/Woche,
K. Jansen
K. Jansen
Seminar zur Theoretischen Informatik, 2 Std. Seminar/Woche,
K. Jansen
Winter 2005/2006
Effiziente Algorithmen, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Fortgeschrittenen Praktikum Effiziente Algorithmen, 4 Std. Praktikum/Woche,
K. Jansen (+ F. Diedrich, G. Marchand)
K. Jansen
K. Jansen
Seminar Approximative Algorithmen, 2 Std. Seminar/Woche,
K. Jansen (+ F. Diedrich, R. Thöle)
Drittmittel
AEOLUS - Algorithmic Principles for Building Efficient Overlay Computers, Personalkosten, Reisen, Anschaffungen,
01.09.2005-31.08.2009 (271.200 EUR)
DFG Graduiertenkolleg 357, Stipendiaten, Reisen, Workshops, 01.10.1999-31.03.2005 (150.000 EUR)
EU - Projekt CRESCCO, Personalkosten, Reisen, Anschaffungen, 01.01.2002-31.05.2005 (296.000 EUR)
DFG - Projekt Packungs- und Überdeckungsprobleme, Wissenschaftl. Mitarbeiter, Sachmittel, 01.04.2004-31.07.2006
(128.107 EUR)
DFG - Projekt Algorithmik groÿer und komplexer Netzwerke mit Prof. Srivastav, Wissenschaftl. Mitarbeiter, Sachmittel,
01.09.2003-31.08.2005 (134.460 EUR)
DFG - Projekt Algorithmik groÿer und komplexer Netzwerke mit Prof. Srivastav, Wissenschaftl. Mitarbeiter, Sachmittel,
01.09.2005-31.08.2007 (134.460 EUR)
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Susanne Burfeind, Theoretische Aufarbeitung und praktische Implementierung des Algorithmus von Agrawal, Kayal und
Saxena, 17.02.2005
Narendran Vaideeswaran, Approximation Algorithms for Multicast Networks' Congestion Problem, 29.11.2005
Dissertationen
O. Gerber, Approximation Algorithms for 2D Packing Problems, 18.10.2005
Veröffentlichungen
K. Jansen, Approximation algorithms for min-max resource sharing problems, and applications, Approximation and
Online Algorithms, Springer Verlag, LNCS, 3484, (2005)
T. Erlebach, K. Jansen, Conversion of coloring algorithms into maximum weight independent set algorithms, Discrete
Applied Mathematics, 148, 107 - 125 (2005)
K. Jansen, M. Mastrolilli, R. Solis-Oba, Approximation algorithms for job scheduling problems with controllable
processing times, European Journal of Operational Research, 167, 297 - 319 (2005)
K. Jansen, M. Mastrolilli, R. Solis-Oba, Approximation algorithms for flexible job shop problems, International Journal of
Foundations of Computer Science, 16, 361 - 379 (2005)
T. Erlebach, K. Jansen, E. Seidel, Polynomial-time approximation schemes for geometric graphs, SIAM Journal on
Computing, 34, 1302 - 1323 (2005)
K. Jansen, M. Karpinski, A. Lingas, E. Seidel, Polynomial time approximation schemes for max-bisection on planar and
geometric graphs, SIAM Journal on Computing, 35, 110 - 119 (2005)
K. Jansen, L. Porkolab, General multiprocessor task scheduling: approximate solution in linear time, SIAM Journal on
Computing, 35, 519 - 530 (2005)
A. V. Fishkin, O. Gerber, K. Jansen, R. Solis-Oba, On packing squares with resource augmentation: maximising the
profit, Computing: The Australasian Theory Symposium, CATS 2005, 61 - 67 (2005)
K. Jansen, R. van Stee, On strip packing with rotations, 37th ACM Symposium on the Theory of Computing, STOC 2005,
755 - 761 (2005)
K. Jansen, H. Zhang, Scheduling malleable tasks with precedence constraints, 17th ACM Symposium on Parallelism in
Algorithms and Architectures, SPAA 2005, 85 - 95 (2005)
A. V. Fishkin, O. Gerber, K. Jansen, R. Solis-Oba, Packing weighted rectangles into a square, Symposium on
Mathematical Foundations of Computer Science, MFCS 2005, LNCS, 3618, 352 - 363 (2005)
A. Fishkin, K. Jansen, S. Sevastianov, R. Sitters, Preemtive scheduling of independent jobs on identical parallel machines
subject to migration delay, 13th Annual European Symposium on Algorithms, ESA 2005, LNCS, 3669, 580 - 591
(2005)
K. Jansen, H. Zhang, An approximation algorithm for scheduling malleable tasks under general precedence constraints,
16th Annual International Symposium on Algorithms and Computation, ISAAC 2005, LNCS, 3827, 236 - 245 (2005)
A. V. Fishkin, O. Gerber, K. Jansen, On efficient weighted rectangle packing with large resources, 16th Annual
International Symposium on Algorithms and Computation, ISAAC 2005, LNCS, 3827, 1039 - 1050 (2005)
C. Chekuri, K. Jansen, J. Rolim, L. Trevisian, Tagungsband des 8. International Workshop on Approximation Algorithms
for Combinatorial Optimization Problems und 9. International Workshop on Randomization and Approximation
Techniques in Computer Science (APPROX'05 und RANDOM'05), LNCS, 3624, (2005)
E. Bampis, K. Jansen, C. Kenyon, Approximation and Online Algorithms, LNCS, 3484, (2005)
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Präsentationen
K. Jansen, Approximation algorithms for mixed packing and covering problems, Max-Planck-Institut für Informatik,
Saarbrücken, Deutschland, 25.01.2005
K. Jansen, Approximations algorithms for scheduling malleable jobs with precedence constraints, ETH Zürich,
Department of Computer Science, Zürich, Schweiz, 08.03.2005
K. Jansen, Approximations algorithms for scheduling malleable jobs with precedence constraints, Dagstuhl Seminar
05201: Design and Analysis of Randomized and Approximation Algorithms, Dagstuhl, Deutschland, 15.05.2005
K. Jansen, Approximations algorithms for scheduling malleable jobs with precedence constraints, Dagstuhl Seminar
05361: Algorithmic Aspects of Large and Complex Networks, Dagstuhl, Deutschland, 04.09.2005
K. Jansen, On strip packing with rotations, DMV Tagung, Klagenfurt, Österreich, 18.09.2005
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Allgemeine Materialwissenschaft
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Technologietransfer und Mitarbeit an anwendungsbezogenen Projekten, insbesondere in der Solarik und Si Technologie,
stehen weiterhin im Vordergrund der Arbeiten. Im Bereich Elektrochemie der Halbleiter sowie Optische Eigenschaften
poröser Halbleiter wurden groÿe Arbeitspakete abgeschlossen und veröffentlicht. Die Arbeiten zu Metamaterialien mit
ungewöhnlichen optischen Eigenschaften laufen weiter und wurden durch ein EU INTAS Projekt intensiviert. Die Aktivitäten
im Bereich Solarik wurden ausgeweitet und werden zunehmend zu einem Schwerpunkt der Arbeit.
Ergebnisse
Technologietransfer:
Die im Frühjahr 2004 aus dem Lehrstuhl heraus gegründete ET&TE GmbH (http://www.et-te.com) entwickelt sich gut,
obwohl die CAU von ursprünglichen Kooperationszusagen abrückte und entsprechende Technologietransferprojekte dadurch
erheblich erschwerte. Nachdem die am Lehrstuhl entwickelten Ätztechniken inzwischen einen hohen Stand erreicht haben
und auch weltweit zunehmend eingesetzt werden, konzentrieren sich die Aktivitäten zum Technologietransfer zunehmend
auf die Solarik. Als neues Projekt wurde in Verbindung mit der FH GmbH die lichtgesteuerte Nanoätzung von groÿen Si
Substraten mit groÿem Erfolg aufgenommen.
Forschung:
Die Kooperation mit V. Kochergin (Fa. Lakeshore, USA) wurde intensiviert. Herr Kochergin war in 2005 zwei Wochen zu
Gast am Lehrstuhl; in dieser Zeit wurde nicht nur ein groÿer Übersichtsartikel zu optischen Eigenschaften poröser Halbleiter
in Porenrichtung konzipiert (der inzwischen von Materials Science Engineering R angenommen wurde), sondern auch eine
Kooperation mit dem Lehrstuhl von Prof. Faupel (Materialverbunde) verfestigt, die inzwischen erste Veröffentlichungen
gezeigt hat.
Die Thematik photonische Kristalle mit effektivem Brechungsindex < 1 und < 0 wurde zwischen dem Lehrstuhl, dem
Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik (Prof. Knöchel) und der Technischen Universität Moldavien, Chisinau, (Prof. Tiginyanu,
Dr. Sergentu) weitergeführt; die Ergebnisse sind veröffentlicht und auf mehreren Konferenzen präsentiert. Sie werden 2006
auch im Rahmen eines 2005 beantragten und genehmigten EU INTAS Projektes fortgesetzt. Besonders interessante
Ergebnisse wurden im Bereich der Porenätzung in Ge erzielt (Fig. 1) .
Abb. 1: Impressionen zur komplexen Kristallographie der Porenätzung in Ge.
Viele erstmalige Effekte, z. B. der Umschlag der kristallographischen Vorzugsrichtung beim Porenätzen, die Erzeugung
von Makroporen in p-dotiertem Material oder mit GeO2 gefüllte Poren konnten gefunden werden. Ein Review dazu
wurde trotz ungewöhnlicher Länge vom J. Electroanalytical Chem. akzeptiert. Die Arbeiten haben beigetragen, eine
Kooperation mit der Fa. Umicore / Belgien (gröÿter Ge Einkristallhersteller weltweit) zu starten; auÿerdem wurde auf
der E-MRS Frühjahrstagung in Nizza ein eingeladener Vortrag gehalten. Das Verständnis der selbstorganisierten Strom-
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und Spannungsoszillationen der Si Elektrode mit dem am Lehrstuhl entwickelten Current Burst Modell wurde weiter
vertieft; insbesondere können jetzt auch Spannungsoszillationen im Rahmen des Current Burst Modells quantitativ simuliert
werden. Ein Miniworkshop mit einer konkurrierenden Gruppe vom Hahn-Meitner-Institut in Berlin hat dazu geführt,
dass für 2006 ein gemeinsamer DFG Antrag geplant ist, unter Einbezug der auf einem ähnlichen Gebiet sehr profilierten
Gruppe von Prof. Katharina Krischer (TU München, Physik Department, Interfaces and Nonlinear Dynamics ).
Die Arbeiten im Bereich Anodische Oxidbildung in Zusammenarbeit mit Prof. Chazalviel / Dr. Ozanam (Ecole Polytechnique)
wurden fortgesetzt; die Aktivitäten verlagern sich in Richtung Impedanzspektroskopie und Modellbildung (im Rahmen
von Studien- und Diplomarbeiten) und werden perspektivisch mit den Aktivitäten im Bereich der Oszillationsphänomene
zusammengeführt. Die Impedanzspektroskopie hat inzwischen sowohl im Hard- und Softwarebereich, wie auch durch die
erstmalige Implementierung neuer Modes (z. B. durch Lichtmodulation) einen sehr avancierten Stand, der es auch
erlaubt, neue Anwendungsgebiete zu erschlieÿen.
Im Bereich der Solarikforschung wird der Lehrstuhl zunehmend in externe Aktivitäten eingebunden. Neben den beiden
erfolgreich laufenden Projekten ASIS (Angewandtes Solar Silizium, BMU) und Netz Diagnostik (BMBF) wurde
zusammen mit der Fa. omt Lübeck und dem Lehrstuhl für Materialverbunde (Prof. Faupel) eine Projektskizze im Umfang
von 3 Mio. EUR beim Wirtschaftsministerium eingereicht, die zwischenzeitlich vom Prinzip her genehmigt ist und in 2006
starten wird. Zusätzlich zu den bereits bestehenden Kontakten zeichnen sich weitere Kooperationsmöglichkeiten im Bereich
Messtechnik und Charakterisierung von Solarzellen ab. Im Rahmen einer Promotion wird in Kooperation mit Prof. Willig
(Hahn-Meitner-Institut Berlin) als neues Thema auch der Einstieg in die Farbstoffsolarzellen über ZnO Nanodrähte verfolgt.
Die CELLO Technik ist inzwischen im statischen Bereich weitgehend entwickelt und kann in einen Technologietransfer
eingebracht werden. Durch Neuentwicklungen im Rahmen der laufenden Projekte (und in Kooperation mit Herrn Dr.
G. Popkirov, Bulgarische Akademie der Wissenschaften) konnten Auflösung und Messgeschwindigkeit stark gesteigert
werden; die physikalisch möglichen Grenzen sind jetzt weitgehend erreicht. Insbesondere können jetzt auch Solarzellen
auf Dünnschichtbasis charakterisiert werden, Fig. 2 zeigt Beispiele.
Abb. 2: a) Photostrom CELLO Bild von 16 in Serie geschalteten nanokristallinen Si Dünnschichtsolarzellen (Koop. mit KFA
Jülich) mit absichtlich eingebauten Defekten. b) CELLO Serienwiderstandsbild von einzelnen CIS Solarzellen (Koop. mit
Würth GmbH).
An weiteren Kooperationen sind zu nennen:
- Die Kooperation mit Neah Power Systems / Seattle ist weitgehend ausgelaufen, da Neah sich zunehmend nur noch der
Militärtechnik widmet.
- Das BMBF Projekt PHOKISS (Gassensor auf der Basis photonischer Kristalle; mit u. a. Dräger Lübeck) wurde 2005
fortgesetzt.
- Das mit der Technischen Universität Moldavien, Chisinau, (Prof. Tiginyanu, M.Sc. Sergiu Albu) in 2004 begonnene
Projekt zu porösen Metamaterialien im Rahmen einer gemeinsamen Promotionsarbeit läuft weiter.
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- Die Kooperation mit dem ISiT über mehrere gemeinsame Doktoranden läuft sehr zufriedenstellend und soll im Zuge eines
neuen Kooperationsvertrages mit dem ISiT in 2006 weitergeführt und ausgebaut werden.
- Frau Dr. E. Astrova, vom Ioffe Institut, St. Petersburg, war 5 Tage Gast am Lehrstuhl, mit dem Ziel einer zukünftigen
Kooperation beim Porenätzen in Si.
- Ein im Rahmen von INTAS zusammen mit der University of Oxford und der Technical University of Moldova bei der EU
beantragtes Projekt zum Thema Development of THz sources on nanostructured semiconductors and focusing elements
on photonic crystals wurde im Dezember 2005 genehmigt.
Lehre:
Hyperskripte: Die am Lehrstuhl verfügbaren Hyperskripte erfreuen sich steigender Beliebtheit. Im Jahr 2005 ergaben
sich folgende Rahmendaten: 15.6 Mio. Hits und 3.8 TByte Downloads von 607.000 Hosts . Die genaue Statistik
ist unter http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/index.html, Hyperskripte , General Info einsehbar.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. Helmut Föll; Sekretariat: Katrin Brandenburg (50%)
Technisches Personal: Dipl.-Ing. (FH) Jörg Bahr
Dr. Jürgen Carstensen
01.01.-31.12.2005
Dr. Marc Christophersen
beurlaubt
01.01.-30.06.2005
Dr. Cheng Fang
Porenätzung in Germanium
01.01.-31.12.2005
M. Sc. Eugen Foca
01.01.-31.12.2005
Photonische Kristalle in der Sensorik (PHOKISS)
DFG
(50%)
BMBF
Dipl.-Phys. Stefan Frey
01.01.-31.12.2005
DFG
Preparation of two and three dimensional photonic crystals in Si and III-V semiconductors by pore etching
Dipl.-Ing. (FH) Harald Jacobsen
01.01.-31.12.2005
FhG-ISiT
1) Einsatzmöglichkeiten von Hochleistungskeramiken in der Mikrosystemtechnik, 2) Charakterisierung von
piezoelektrischen Schichten auf Siliziumwafern, 3) Untersuchungen zu mikrosystemtechnischen Bauelementen
mit piezoelektrischem Antrieb
Dipl.-Ing. Stefan Mathijssen
beurlaubt v. 01.03.05 - 31.05.05
01.01.-31.08.2005
Dipl.-Ing. (FH) Marten Oldsen
01.05.-31.12.2005
Technologien und Anwendungen von resonanten Sensoren
Dipl.-Ing. (FH) Emmanuel Ossei-Wusu
01.02.-31.12.2005
FhG-ISiT
Dr. habil. Georgi Popkirov
01.-31.12.2005
BMBF, DLR
Netz Diagnostik - Neue Diagnostikverfahren für Entwicklung und Herstellung von Silicium-Solarzellen
Dr. Oliver Riemenschneider
Lichtgesteuertes Ätzen
01.05.-31.12.2005
Siltronic
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almanach 05
tf
Dipl.-Ing. Andreas Schütt
01.-31.12.2005
BMBF, DLR
Netz Diagnostik - Neue Diagnostikverfahren für Entwicklung und Herstellung von Silicium-Solarzellen
M. Sc. Maxim Shakhray
01.-31.01.2005
FhG-ISiT
Untersuchungen zu mikromechanisch schaltbaren variablen Hochfrequenzbauelementen und Zuverlässigkeitsuntersuchungen an neuartigen HF-MEMS-Schaltern
Winter 2004/2005
Electronic Materials, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Helmut Föll
Semiconductors, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Helmut Föll
Quantummechanical Aspects in Materials Science, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Jürgen Carstensen
Aktuelle Fragen der Forschung, 2 Std. Seminar/Woche,
Helmut Föll (+ Jürgen Carstensen)
Einführung in die Materialwissenschaft I, 3 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Helmut Föll
Laboratory Course: Scientific Methods, 4 Std. Praktikum/Woche,
Eugen Foca (+ Stefan Mathijssen, Jürgen Carstensen)
Werkstoffe und Werkstofftechnologien I, 1 Std. Vorlesung/Woche,
Kai Dolgner (+ Klaus Rätzke, Franz Faupel, Helmut Föll, Wolfgang Jäger, Werner Weppner)
Sommer 2005
Einführung in die Materialwissenschaft II, 3 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Helmut Föll (+ Helmut Föll)
Statistical Methods in Materials Science, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Jürgen Carstensen
Seminar des Lehrstuhls für Allg. Materialwissenschaft, 2 Std. Seminar/Woche,
Laboratory Course: Functional Materials, 4 Std. Praktikum/Woche,
Stefan Frey (+ Jürgen Carstensen)
Werkstoffe und Werkstofftechnologien II, 1 Std. Vorlesung/Woche,
Kai Dolgner (+ Marlies Schwitzke, Klaus Rätzke, Franz Faupel, Helmut Föll, Wolfgang Jäger)
Defects in Crystals, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Erdmann Spiecker (+ Helmut Föll)
Winter 2005/2006
Electronic Materials, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Helmut Föll
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Semiconductors, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Helmut Föll
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Quantummechanical Aspects in Materials Science, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Jürgen Carstensen
Aktuelle Fragen der Forschung, 2 Std. Seminar/Woche,
Einführung in die Materialwissenschaft I, 3 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Helmut Föll
Eugen Foca (+ Jürgen Carstensen)
Drittmittel
FhG-ISiT, Einsatzmöglichkeiten von Hochleistungskeramiken in der Mikrosystemtechnik, 01.08.2003-31.07.2005
(108924 EUR)
FhG-ISiT, Fortführung: Untersuchungen zu mikromechanisch schaltbaren variablen Hochfrequenzbauelementen und
Zuverlässigkeitsuntersuchungen an neuartigen HF-MEMS-Schaltern, 01.11.2004-31.01.2005 (13237 EUR)
DFG, Schwerpunktprogramm Photonische Kristalle, 01.09.2003-31.12.2005 (112860 EUR)
DFG, Porenätzung in Germanium, 15.03.2004-14.03.2006 (104240 EUR)
DFG, Reisemittel zur Durchführung von Workshops im Rahmen des Schwerpunktprogrammes Photonische Kristalle,
10.10.2003-09.10.2004 (15000 EUR)
FhG-ISE, Alternatives Silizium für Solarzellen - ASIS - TP 1: Schnelle Verfahren, rasches thermisches Prozessieren und
schnelle Charakterisierung, 15.02.2003-30.09.2005 (78000 EUR)
BMBF, DLR, Netz Diagnostik - Neue Diagnostikverfahren für Entwicklung und Herstellung von Silicium-Solarzellen,
01.12.2004-30.11.2007 (240092 EUR)
BMBF, Photonische Kristalle in der Sensorik (PHOKISS), 01.11.2003-31.10.2006 (200599 EUR)
FhG-ISiT, Charakterisierung von piezoelektrischen Schichten auf Siliziumwafern, 01.04.-31.07.2005 (6051 EUR)
FhG-ISiT, Untersuchungen zu mikrosystemtechnischen Bauelementen mit piezoelektrischen Antrieb,
01.08.2005-31.07.2006 (72616 EUR)
FhG-ISiT, Technologien und Anwendungen von resonanten Sensoren, 01.04.2005-31.03.2008 (217849 EUR)
DFG, Koordination des DFG-Schwerpunktprogrammes Photonische Kristalle, Übergabe an Prof. Dr. R.B. Wehrspohn,
Universität Paderborn, 01.04.2005-31.03.2007 (25033 EUR)
IMEC, Leuven, Belgien; Wissenschaftliche Kooperation: Austausch von Proben und CELLO-Untersuchungen.
NEAH POWER SYSTEMS Inc., Bothell, USA; Allg. Consulting im Rahmen eines Scientific Advisors; Forschungsgegenstand:
Erprobung der Makroporenätzung in n-Typ Silizium mit Rückseitenbeleuchtung und p-Typ Makroporen.
Technical University of Moldova, Chisinau, Moldova; Wisschenschaftliche Kooperation mit Herrn Prof. Dr. I.M. Tiginyanu.
Drägerwerk AG, Lübeck, Germany; Mehrere Konsultationen im Rahmen eines gemeinsamen BMBF-Projektes.
Universität Paderborn, Germany; Wissenschaftliche Kooperation, BMBF-Projekt mit Prof. Dr. R.B. Wehrspohn.
Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, Halle, Germany; Wissenschaftliche Kooperation mit Herrn Prof. Dr. U. Gösele.
Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, Halle, Germany; Wissenschaftliche Kooperation mit Herrn Dr. Breitenstein im
ASIS-Projekt und im Netzwerk Diagnostik .
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Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie, Itzehoe, Germany; Gemeinsame Doktoranden.
Lakeshore Cryotronics Inc., Westerville, USA; Kooperation mit dem Ziel der Entwicklung einer Groÿflächenätzanlage für
optoelektronische Komponenten.
Wacker Siltronic, Burghausen, Germany; Lichtgesteuertes Nanoätzen.
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, Freiburg, Gelsenkirchen, Germany; Wissenschaftliche Kooperation mit Herrn
Dr. Warta und Herrn Prof. Dr. Schindler im ASIS-Projekt und im Netzwerk Diagnostik .
Infineon Technologies AG, München, Germany; Wissenschaftliche Kooperation im Rahmen des PHOKISS -Projektes.
RWE Schott Solar GmbH, Alzenau, Germany, Deutsche Solar GmbH, Freiberg, Germany, Deutsche Cell GmbH, Freiberg,
Germany, Shell-Solar GmbH, Müchen, Germany; Kooperationen mit Firmen im Rahmen des ASIS-Projektes zur
Charakterisierung von Solarzellen und darüber hinaus gehende Einzelmessungen.
ISFH, Hameln/Emmerthal, Germany; Kooperationen mit Instituten zur Charakterisierung von Solarzellen im Rahmen des
ASIS-Projektes.
IHP GmbH, Frankfurt/Oder, Germany; Wissenschaftliche Kooperation.
Forschungszentrum Jülich, Jülich, Germany; Wissenschaftliche Kooperation zur Charakterisierung von Solarzellen.
ZSW, Stuttgart, Germany; Charakterisierung von CIS-Solarzellen.
ECN, Petten, Niederlande; Austausch von Proben und Vergleich zwischen Corescan und CELLO.
Hahn-Meitner-Institut Berlin, Germany; Gemeinsame Betreuung eines Diplomanden.
Julian Tornow, Erprobung von ZnO-Elektroden auf Ihre Eignung für neuartige Solarzellen, 01.12.2005
Dissertationen
Maxim Shakhray, Design and Investigation of Microelectromechanical (MEMS) Varactors, 02.05.2005
Gunther Hasse, Untersuchungen der kinetischen Prozesse an Silizium-Elektroden mit Stromtransienten- und
Impedanzmessungen, 14.12.2005
Stefan Frey, Novel formation regimes for macropores and porous anodic oxides in silicon, 16.12.2005
Veröffentlichungen
S. Langa, S. Frey, J. Carstensen, H. Föll, I.M. Tiginyanu, M. Hermann, G. Böttger, Waveguide Structures Based on Porous
Indium Phosphide, Electrochem. Sol. State Lett., 8 C, 30 (2005)
E. Foca, H. Föll, F. Daschner, V.V. Sergentu, J. Carstensen, S. Frey, R. Knöchel, I.M. Tiginyanu, Efficient focusing with a
concave lens based on a photonic crystal with an unusual effective index of refraction, phys. stat. sol. (a), 202 (4)
R, 35 (2005)
V. Kochergin, M. Christophersen, H. Föll, Adjustable optical anisotropy in porous GaAs, Appl. Phys. Lett., 86 (1), 042108
(2005)
V. Kochergin, M. Christophersen, H. Föll, Surface Plasmon Enhancement of an Optical Anisotropy in Porous
Silicon/Metal Composite, Appl. Phys. B., 80 (1), 81 (2005)
S. Langa, J. Carstensen, I.M. Tiginyanu, M. Christophersen, H. Föll, Selfordering in porous III-V compounds, in
Springer-Verlag (Ed. R.B. Wehrspohn), 57 (2005)
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S. Langa, J. Carstensen, M. Christophersen, K. Steen, S. Frey, I.M. Tiginyanu, H. Föll, Uniform and Nonuniform Nucleation
of Pores during the anodization of Si, Ge, and III-V Semiconductors, J. Electrochem. Soc., 152 (8) C, 525 (2005)
S. Frey, B. Grésillon, F. Ozanam, J.-N. Chazalviel, J. Carstensen, H. Föll, R.B. Wehrspohn, Self-Organized Macrostructures
in Anodically Formed Mesoporous Silica, Electrochem. Sol. State Lett., 8 (9) B, 25 (2005)
E. Foca, H. Föll, F. Daschner, V.V. Sergentu, J. Carstensen, R. Knöchel, I.M. Tiginyanu, Efficient Focusing with an
Ultra-Low Effective-Index Lens Based on Photonic Crystals, Materials, Integration and Technology for Monolithic
Instruments, eds. J.A. Theil, M. Böhm, D.S. Gardner, and T. Blalock, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 869, Warrendale,
PA, D4.4, (2005)
C. Fang, S. Langa, L. Jiang, J. Carstensen, E. Foca, H. Föll, Electrochemical pore etching in Germanium, Mat. Res. Soc.
Symp. Spring Meeting - Abstracts, 3.8, (2005)
S. Frey, M. Kemell, J. Carstensen, S. Langa, H. Föll, Fast pore etching, phys. stat. sol. (a), 202, 1369 (2005)
S. Mathijssen, J. Carstensen, G. Popkirov, H. Föll, Analysis of serial resistance losses on solar cells using the
CELLO-technique, in Proceedings of the 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona, 1AV.2.41,
(2005)
E. Spiecker, M. Rudel, W. Jäger, M. Leisner, H. Föll, Morphology, interface polarity and branching of electrochemically
etched pores in InP, phys. stat. sol. (a), 1, (2005)
H. Föll, J. Carstensen, S. Frey, Porous and Nanoporous Semiconductors and Emerging Applications, in Sensor, and Gas
Separation Applications, eds. S.W. Lu, H. Hahn, J. Weiÿmüller, and J.L. Gole, R12.1, Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
876E, Warrendale, PA, (2005)
H.-S. Kitzerow, G. Mertens, H. Matthias, H. Marsmann, R.B. Wehrspohn, S. Matthias, U. Gösele, S. Frey, H. Föll, Director
fields of nematic liquid crystals in tunable photonic crystals, Proc. SPIE Int. soc. Opt. Eng., 5926, 592605 (2005)
E. Foca, J. Carstensen, H. Föll, Monte Carlo simulation of electrochemical oscillations in the electropolishing regime,
phys. stat. sol. (a), 202 (8), 1524 (2005)
S. Langa, L. Sirbu, E. Monaico, J. Carstensen, H. Föll, I.M. Tiginyanu, Morphology and chemical composition
microanalysis of 2D and 3D ordered structures on porous InP, phys. stat. sol. (a), 202 (8), 1411 (2005)
H. Elhouichet, M. Oueslati, N. Lorrain, S. Langa, I.M. Tiginyanu, H. Föll, Photoluminiscene mechanisms of Tb3+ -doped
porous GaP, phys. stat. sol. (a), 202 (8), 1513 (2005)
I.M. Tighineanu, S. Langa, H. Föll, V. Ursachi, Porous III-V Semiconductors, Intreprinderea Editorial-Poligrafica Stiinta,
Moldova, ISBN 9975-67-527-1, (2005)
O. Breitenstein, J.P. Rakotoniaina, A.S.H. van der Heide, J. Carstensen, Series Resistance Imaging in Solar Cells by
Lock-in Thermography Research, Prog. Photovolt: Res. Appl., 13, 645 (2005)
Präsentationen
J. Carstensen, S. Mathijssen, H. Föll, CELLO - Quantitative Analyse lokaler Widerstände, ASIS Treffen, Ochsenfurt,
Germany, 08.03.2005
J. Carstensen, S. Mathijssen, H. Föll, CELLO-Untersuchungen an mc n-Si Solarzellen vom ISFH, ASIS Treffen, Ochsenfurt,
Germany, 08.03.2005
H. Föll, V. Kochergin, Effective Medium Approach for Calculation of Linear and Nonlinear Properties of Porous
Semiconductor Composites, MRS Spring Meeting, San Francisco, U. S. A., 28.03.-01.04.2005
H. Föll, J. Carstensen, S. Frey, Porous and Nanoporous Semiconductors: Basics and Emerging Applications, MRS Spring
Meeting, San Francisco, U. S. A., 28.03.-01.04.2005
E. Foca, H. Föll, J. Carstensen, V.V. Sergentu, I.M. Tiginyanu, F. Daschner, R. Knöchel, Lenses based on Photonic Crystals
with Unusual Index of Refraction, MRS Spring Meeting, San Francisco, U. S. A., 28.03.-01.04.2005
E. Foca, J. Carstensen, H. Föll, A stochastic model for electrochemical oscillations at the Si/HF interface, ECS Meeting,
Quebec, Canada, 15.-20.05.2005
J. Bahr, J. Carstensen, H. Föll, G. Popkirov, E. Ossei-Wusu, Pore Etching in Silicon on an Industrial Scale, 207th Meeting
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of The Electrochemical Society, Quebec, Canada, 15.-20.05.2005
H. Föll, Nanostrukturierte poröse Halbleiter: Herstellung und Eigenschaften, Workshop Nanomaterialien in
Norddeutschland, Schleswig, Germany, 17.-18.05.2005
J. Carstensen, S. Mathijssen, G, Popkirov, H. Föll, Solar Cell Efficiency Analysis and Defect Identification Using the
CELLO-Technique, 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona, Spain, 06.-10.06.2005
S. Mathijssen, J. Carstensen, H. Föll, Analysis of Serial Resistance Losses on Solar Cells Using the CELLO-Technique, 20th
European Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona, Spain, 06.-10.06.2005
J. Carstensen, S. Mathijssen, H. Föll, CELLO-Messungen an aktuellen ASIS-Zellen, ASIS Treffen, Ochsenfurt, Germany,
06.09.2005
J. Carstensen, H. Föll, Zusammenfassung der CELLO-Untersuchungen im ASIS-Projekt, ASIS Treffen, Ochsenfurt,
Germany, 06.09.2005
E. Foca, H. Föll, V.V. Sergentu, I.M. Tiginyanu, F. Daschner, R. Knöchel, Microwave Components based on 2D Photonic
Crystals with Unusual Index of Refraction, Int. Conf. on Microelectronics and Computer Science, Chisinau, Moldova,
15.-17.09.2005
H. Föll, Poröse Halbleiter: Von der Selbstorganisation bis zur Anwendung, Kolloquiumsvortrag am Hahn-Meitner-Insitut,
Berlin, Germany, 27.09.2006
E. Foca, H. Föll, J. Carstensen, V.V. Sergentu, I.M. Tiginyanu, F. Daschner, R. Knöchel, Novel microwave components,
Vortrag am Institut für Hochfrequenztechnik, Technische Universität Darmstadt, Darmstadt, Germany,
24.-25.11.2005
H. Föll, Elektrochemie der Halbleiter: Von der Grundlagenforschung zur Firmengründung, Vortrag am Institut für
Hochfrequenztechnik, Technische Universität Darmstadt, Darmstadt, Germany, 24.-25.11.2005
H. Föll, J. Carstensen, S. Frey, Porous and Nanoporous Semiconductors: Basics and Emerging Applications,
Kolloquiumsvortrag am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung, Dresden, Germany, 08.12.2005
Herr Prof. Dr. H. Föll ist Mitglied des Fachbeirats des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik, Halle, Germany (03. 04.02.2005 Teilnahme an der Sitzung des Scientific Advisory Board in Halle).
Herr Prof. Dr. H. Föll ist Mitglied des Kuratoriums am Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie, Itzehoe, Germany
(03.03.2005 Teilnahme an der Kuratoriumssitzung in Itzehoe).
Herr Prof. Dr. H. Föll ist Mitglied des Vorstandes des Fördervereins der Technischen Fakultät der CAU zu Kiel.
Herr Prof. Dr. H. Föll ist Vertrauensdozent für Angelegenheiten der Deutschen Forschungsgemeinschaft an der
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel.
Herr Prof. Dr. H. Föll ist Mitglied in der HWT- (Hochschule - Wirtschaft - Transfer) und / bzw. Transferprojekte-Jury der
Innovationsstiftung Schleswig-Holstein.
Herr Prof. Dr. H. Föll hat im Jahr 2005 diverse Vorträge / Beiträge / Laudationen zu verschiedenen Anlässen gehalten.
06. - 07.09.2005 PHOKISS Projekttreffen an der Technischen Fakultät der CAU zu Kiel, Lehrstuhl für Allgemeine
Materialwissenschaft.
Herr Prof. Dr. H. Föll hat auch im Jahr 2005 an zahlreichen Begutachtungen teilgenommen und regelmäÿig Gutachten für
Zeitschriften und Drittmittelgeber erstellt.
Gäste im Jahr 2005
27.01.2005 Dr. Raj Gupta, Dr. Bala Kashi, MSI Sensors, U. S. A.
17. - 18.04.2005 Leroy Ohlsen, NEAH POWER SYSTEMS Inc., Seattle, U. S. A.
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29.05. - 04.06.2005 Vladimir Kochergin, Lake Shore Cryotronics, Westerville, U. S. A.
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29.05. - 11.06.2005 Dr. Vladimir Sergentu, Technical University of Moldova, Chisinau, Moldova
28.10.2005 Dr. Grzanna und Prof. Dr. Lewerenz, Hahn-Meitner-Institut Berlin
14.11.2005 Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Müller, TU Hamburg-Harburg, Mikrosystemtechnik, Kolloquiumsvortrag
14. - 18.12.2005 Frau Dr. Ekaterina Astrova, Ioffe Institut, St. Petersburg, Russland
19.12.2005 Prof. Dr.-Ing. H.-W. Schock, Hahn-Meitner-Institut Berlin, Kolloquiumsvortrag
Praktikanten 2005
25.07. - 20.09.2005 Sinje Keipert
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Materialverbunde
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Die am Lehrstuhl bearbeiteten Projekte wurden wieder überwiegend über Drittmittel finanziert. Im Vordergrund standen
polymerbasierte Nanomaterialien mit interessanten magnetischen, optischen und elektronischen Eigenschaften. Ferner
wurden antibakterielle Nanokompositbeschichtungen hergestellt, deren Wirkung auf feindispergierten Partikeln aus
Silber und Silberlegierungen beruht. Groÿe Fortschritte wurden insbesondere bei magnetischen Materialien für die
mobile Kommunikation im Frequenzbereich oberhalb 1 GHz erzielt. Besonders erfolgreich waren auch die Arbeiten zur
kontrollierten Herstellung von Nanodrähten und Netzwerken in der Gruppe von Dr. Adelung, der gerade seine Habilitation
abgeschlossen hat. Die Nanodrahtherstellung konnte jetzt in Verfahren zur Silizium-Mikrostrukturierung integriert werden.
Im Folgenden werden nur einige Ergebnisse aus den zahlreichen Projekten exemplarisch dargestellt. Die Resultate aus
Industrieprojekten - erwähnt sei hier nur ein Projekt mit der Firma Sennheiser und anderen Partnern zur Herstellung von
Kondensatormikrophonen mit Polymerelektreten direkt auf Silizumchips - können dabei nicht vorgestellt werden.
Ergebnisse
a) Polymerbasierte Nanokomposite
Die Nanokomposite bestehen aus metallischen Nanopartikeln in einer Polymermatrix und werden mittels Codeposition
von organischen und metallischen Komponenten über die Gasphase hergestellt (s. Almanach 2002, 2003). Durch die
Abmessungen der Nanopartikel, die gröÿer als Atome und kleiner als makroskopische Festkörper sind, entstehen völlig
neue elektronische, magnetische, optische und andere Eigenschaften, die u.a. auf Quanteneffekten und der extrem groÿen
effektiven Oberfläche beruhen. Die groÿe Oberfläche wird z.B. bei antibakteriellen Beschichtungen ausgenutzt, bei denen
winzige Metallpartikel aus Silber oder Silberlegierungen in eine Polymermatrix eingebettet sind (Abb. 1a). Aus den
Metallpartikeln werden Metallionen freigesetzt, die Bakterien abtöten und so deren Aufwachsen verhindern oder zumindest
stark verzögern (Abb. 1b). Die Schichten werden mittels eines am Lehrstuhl entwickelten Ionenzerstäubungprozesses
hergestellt, bei dem Teflon und Silber gleichzeitig von zwei separaten Quellen abgeschieden werden (Cosputtern).
Dabei entsteht eine hochvernetzte Polymermatrix mit eingebetteten metallischen Nanopartikeln. Die antibakteriellen
Eigenschaften werden bei Prof. R. Podschun von der Universitätsklinik Kiel untersucht.
Abb. 1: Beispiele für verschiedene Anwendungen von Nanokompositen: a) Elektronenmikroskopische Aufnahme einer
antibakteriellen Nanokompositschicht aus Silberpartikeln in einer Polymermatrix. Die Teilchen sind etwa 10.000 mal
kleiner als ein menschliches Haar. b) Ausbildung einer bakterienfreien Zone um eine mit einer antibakteriellen
Nanokompositschicht beschichteten Kunststoffplatte, die kopfüber für 24 Stunden auf einer mit Staphylococcus aureus
(Erreger der Lebensmittelvergiftung) geimpften Agarplatte (Nährboden für Bakterien) lag. c) Hochfrequenzverhalten eines
am Lehrstuhl entwickelten magnetischen Kernmaterials, bei dem magnetische Partikel von nur einigen Nanometern (1
nm = 1/1000000 mm) Gröÿe bestehend aus einer Fe-Co-Ni-Legierung in eine schützende Fluoropolymermatrix
eingebettet sind. Der Realteil der Permeabilität beschreibt den Flussverstärkungsfaktor gegenüber den heute noch
verwendeten Luftspulen, der Imaginärteil ist ein Maÿ für die Verluste.
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Das Nanokompositkonzept erwies sich auch bei magnetischen Kernmaterialien für Frequenzen im GHz-Bereich
(>1.000.000.000 Schwingungen pro Sekunde), in dem z.B. die mobile Kommunikation abläuft, als vielversprechend.
Während man bei gewöhnlichen Transformatoren, wie sie bei der Netzfrequenz von 50 Hz eingesetzt werden, den
magnetischen Fluss durch einen Eisenkern sehr stark verstärkt, können bei GHz-Frequenzen wegen der dort vermehrt
auftretenden Wirbelströme bisher nur Luftspulen eingesetzt werden. Wird magnetisches Kernmaterial sehr fein in
einer isolierenden Kunststoffmatrix verteilt, werden Wirbelströme sehr effektiv unterdrückt. Bei den am Lehrstuhl
entwickelten Kernmaterialien werden magnetische Nanopartikel aus einer dreikomponentigen Legierung in eine
schützende Fluoropolymermatrix eingebaut. Die noch keinesfalls optimierten Komposite liefern schon jetzt Permeabilitäten
(Flussverstärkungsfaktoren) von über 100 und Grenzfrequenzen oberhalb von 3 GHz (Abb. 1c). Ein im Almanach 2003
erwähntes Patent zu einem alternativen Herstellungsverfahren durch Coverdampfung wurde inzwischen erteilt.
Fortschritte hat es auch bei den optischen Nanokompositen (s. Almanach 2004) gegeben, auf die aber hier aus Platzgründen
nicht eingegangen werden kann. Das Gleiche gilt für die Funktionalisierung und Strukturierung von Polymeroberflächen
mittels niederenergetischer Ionen. Inzwischen wird auch ein Plasmaprozess eingesetzt, der es gestattet, nichtplanare
Oberflächen, z.B. die Innenwände von Gefäÿen, zu modifizieren.
b) Nanodrähte
Im Rahmen des am Lehrstuhl angesiedelten Teilprojektes des DFG Schwerpunktprogramms Nanodrähte und Nanoröhren wurde ebenfalls eine Vielzahl von Ergebnissen erzielt. Diese schlieÿen auch viele erfolgreiche Kooperationen mit
anderen Universitäten und Forschungsinstituten ein. Exemplarisch werden hier Ergebnisse aus der ersten Förderperiode
gezeigt; ein Antrag für die zweite Förderperiode ist bereits zur Bewilligung empfohlen. Abb. 2a zeigt ein Stück eines
Siliziumwafers, auf dem zwischen Mikrokontakten 20 Nanodrähte in einem Zickzackmuster integriert sind. Diese Integration
erfolgt durch einen Zusatzprozess innerhalb der Mikrostrukturierungsprozesse der Halbleiterherstellung, bei der sonst nur
wesentlich gröÿere Strukturen erzeugt werden können. Der entscheidende Schritt ist das Ausnutzen der Bruchmechanik
in dünnen Filmen. Ein dazu in 2005 eingereichtes Patent ist bereits erteilt. Die so hergestellten Nanodraht-Schaltkreise
bilden auch die Grundlage für ein gemeinsames Projekt mit der Arbeitsgruppe Lüning aus der organischen Chemie. Ein
weiteres Beispiel ist die Herstellung von Nanorasen . Dazu wird eine neuartige Nichtgleichgewichtssynthese verwendet,
die im Rahmen einer Promotionsarbeit gefunden wurde. Dabei wird eine Nanopartikel-enthaltende wasserbasierte
Chemikalienmischung auf ein über 200 ◦ C heiÿes Substrat aufgebracht. Aufgrund des Leidenfrostschen Effektes schwebt
nun dieser Chemikalientropfen auf seiner eigenen Dampfwolke. Unter diesen extremen Nichtgleichgewichtsbedingungen
entstehen zahllose Nanostrukturen, siehe z.B. Abb. 2b. Hierbei handelt es sich um einen Ausschnitt aus einer mehrere
mm2 groÿen Fläche, die mit 10-20 µm und 50-100 nm durchmessenden Nanonadeln überzogen ist. Aufgrund der
Anwendungsrelevanz ist auch dieses Verfahren durch die PVA-SH zum Patent eingereicht worden. Ein Beispiel für eine
Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Schulte an der TU Hamburg-Harburg ist die Herstellung von Nanotube-basierten
Metallbrücken zwischen zwei Metallkontakten. Dies erfolgt durch die Metallisierung von freistehenden Brücken eines
angeätzten Nanotube-Epoxidkomposits. Abb. 2c zeigt eine solche Brücke, die z. B. als Grundlage eines Gassensors dienen
kann.
c) Organische Feldeffekttransistoren
Das in 2005 in der letzten Förderperiode des Schwerpunktprogrammes Organische Feldeffekttransistoren bewilligte
Projekt beinhaltet vor allem die Optimierung von organischen Transistorstrukturen. So ist es durch Deposition von
hochvernetzte Fluoropolymerschichten mittels Sputtern gelungen, die Gaspermeation in die organische Halbleiterschichten
zu unterdrücken. Dieses Projekt wird in Kooperation mit Prof. Hilleringmann der Universität Paderborn durchgeführt, dessen
Arbeitsgruppe mikrostrukturierte organische Feldeffektstrukturen herstellt. Die Herstellung einfacher eigener Mikrostrukturen
im Labormaÿstab wurde durch die Verwendung von Schattenmasken und Depositions- sowie Sputterätzprozessen begonnen.
d) Kontamination von Dentalmaterialien
Weitere interessante Ergebnisse sind in einem fakultätsübergreifenden Projekt in Kooperation mit der Zahnmedizin
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Abb. 2: Rasterelektronenmikroskopische Falschfarbenaufnahme verschiedener Nanodrähte. a) Ausschnitt aus einem
Siliziumchip mit integrierten Nanodrähten. Die Nanodrähte verbinden über den isolierten Bereich (dunkelblau) zwei
Kontakte (hellblau). b) Nanogras . c) Metallbrücke auf Kohlenstoffnanotubebasis.
(Prof. M. Kern) erhalten worden. Dort wurde gezeigt, wie schon geringste Spuren von Speichel die Haftfestigkeit von
Dentalkeramiken drastisch reduzieren. Insbesondere ist die übliche Reinigung durch konzentrierten Alkohol keinesfalls
wirksam. Sie sorgt dafür, dass sich Proteine oder ähnliche Bestandteile des Speichels als Dünnfilm auf die Oberfläche
legen, der nur wenige Nanometer dick ist. Dieser Film ist nicht sichtbar, verringert aber die Haftung um den Faktor 3.
e) Stokes-Einstein-Gleichung in glasbildenden Legierungen
Obwohl die Stokes-Einstein-Gleichung, die den Zusammenhang zwischen Diffusion und Viskosität beschreibt, schon seit
langem bekannt ist, ist ihr Gültigkeitsbereich immer noch umstritten. Dies gilt insbesondere für glasbildende metallische
Schmelzen. Gerade im Bereich der kalorischen Glastemperatur gibt es Abweichungen über mehrere Gröÿenordnungen. Offen
bleibt daher, ab welcher Temperatur die Abweichungen einsetzen, und welche Komponente in den mehrkomponentigen
glasbildenden Legierungen, die auch zahlreiche technische Anwendungen haben, durch ihren Diffusionskoeffizient die
Viskosität bestimmt. Ausgehend von früheren Arbeiten (Almanach 2002), in denen erstmals die Kobaltdiffusion vom Glas
bis zur Gleichgewichstschmelze in dem gegen Kristallisation besonders stabilen metallischen Legierungssystem Pd-Cu-Ni-P
untersucht worden war, wird nun mittels einer Radiotracermethode die Diffusion der anderen Legierungselemente
untersucht. Erste Ergebnisse zeigen, dass Phosphor nur unwesentlich langsamer diffundiert als Kobalt und somit nicht das
die Viskosität bestimmende Element ist (Abb. 3). Phosphor war in der Literatur aufgrund seiner kovalenten Bindungsanteile
diese Rolle, die auch entscheidend für die hervorragenden glasbildenden Eigenschaften ist, zugeschrieben worden. Weitere
Versuche mit Palladium sind in Vorbereitung, das jetzt wegen seiner Atomgröÿe aussichtsreichster Kandidat ist.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. rer.-nat. F. Faupel; Sekretariat: Dipl.-Geol. B. Minten
Technisches Personal: Dipl.-Ing. (FH) R. Kloth, Dipl.-Ing. (FH) S. Rehders
Dr. R. Adelung
01.01.-31.12.2005
Nanodrähte, Metallisierung organischer Halbleiter
CAU
Prof. Dr. D.K. Avasthi
Nanocomposites
01.05.-10.07.2005
CAU
Dipl.-Ing. A. Bartsch
Unterkühlte Metallschmelzen
01.01.-31.12.2005
DFG
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Abb. 3: Vergleich der gemessenen 32 P und 57 Co Diffusivitäten mit denen mittels der Stokes-Einstein-Gleichung aus der
Viskosität berechneten Diffusionskoeffizienten.
M. Sc. V.S.K. Chakravadhanula
Optical nanocomposites
01.10.-31.12.2005
CAU, Stipendium
M.Sc. M. Elbahri
Nanodrähte
01.01.-31.12.2005
CAU
Dipl.-Ing. H. Greve
Magnetische Nanokomposite
01.01.-31.12.2005
CAU
M. Sc. S. Jebril
Nanowires on silicon
01.10.-31.12.2005
CAU, Stipendium
Dipl.-Phys. J. Kanzow
Metall-Epoxidharz-Grenzflächen
01.01.-31.03.2005
CAU
Dipl.-Ing. J. Kruse
Membranpolymere
01.01.-31.12.2005
GKSS
Dipl.-Phys. R. Kunz
Schichtkristalle
01.01.-30.06.2005
DFG
M. Sc. D. Paretkar
ZnO based nanostructures
01.10.-31.12.2005
CAU, Stipendium
Dipl.-Ing. C. Pochstein
01.05.-31.12.2005
Metall-Polymer-Verbunde, Nanokompositsensoren
DFG
M. Sc. S.K. Rudra
Interface Chemistry
07.03.-31.12.2005
Priv. Doz. K. Rätzke
Metallische Gläser, Positronenvernichtung
01.01.-31.12.2005
CAU
M. Sc. M. Scharnberg
Metallisierung organischer Halbleiter
01.01.-31.12.2005
DFG
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(50%)
DFG, FH, Prof. Es-Souni
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Dipl.-Min. U. Schürmann
Sputtern von Nanokompositen
01.01.-31.12.2005
BMBF
M. Sc. H. Takele
Optische Nanokomposite
01.01.-31.12.2005
DFG
Dipl.-Chem. S. Taudin
Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen
01.01.-31.12.2005
o.m.t.
Dipl.-Ing. S. Wille
Nanokanäle
07.01.-31.12.2005
BMBF, DFG
Dr. V. Zaporojtchenko
Metall-Polymer-Verbunde
01.01.-31.12.2005
DFG
M. Sc. J. Zekonyte
Sputtern von Polymeren
01.01.-14.09.2005
CAU
Winter 2004/2005
Metals I (Prof. Faupel hatte im WS 04/05 sein erstes Forschungsfreisemester), 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/
Woche,
K. Rätzke (+ J. Kruse)
Polymers II, 2 Std. Vorlesung/Woche,
M. Scharnberg
Polymers II, 1 Std. Seminar/Woche,
M. Scharnberg
Solid State Physics I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Adelung
Thin Films II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
K. Rätzke (+ H. Greve)
Werkstoffe und Werkstofftechnologie I, 1 Std. Vorlesung/Woche,
K. Rätzke (+ W.F. Chu, H. Föll, W. Jäger, E. Spiecker, W. Weppner)
K. Rätzke (+ R. Adelung, H. Föll, W. Jäger, W: Weppner, V. Zaporojtchenko)
Forschergruppenkolloquium und Seminar für Festkörperphysik und Materialwissenschaften, 1 Std. Seminar/Woche,
R. Adelung (+ R. Berndt, W. Depmeier, W. Jäger, L. Kipp, O. Magnussen, M. Schattke, M. Skibowski, W. Tuczek)
Seminar for Members of the Chair for Multicomponent Materials, 1 Std. Seminar/Woche,
V. Zaporojtchenko
Sommer 2005
Metals II, 2 Std. Vorlesung/Woche,
F. Faupel
Metals II, 1 Std. Seminar/Woche,
F. Faupel
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Polymers I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
F. Faupel (+ M. Scharnberg)
Solid State Physics for Engineers II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Adelung (+ M. Elbahri)
Thin Films I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Werkstoffe und Werkstofftechnologie II, 1 Std. Vorlesung/Woche,
F. Faupel (+ W.F. Chu, H. Föll, W. Jäger, K. Rätzke, E. Spiecker, W. Weppner)
F. Faupel (+ H. Föll, W. Jäger, W. Weppner)
F. Faupel (+ R. Berndt, W. Depmeier, W. Jäger, L. Kipp, O. Magnussen, M. Schattke, M. Skibowski, W. Tuczek)
Seminar for the Members of the Chair for Multicomponent Materials and Interested Guests, 1 Std. Seminar/Woche,
K. Rätzke (+ F. Faupel)
Vacuum Technology and Materials: Introduction to Vacuum and Surface Science, 1 Std. Vorlesung/Woche,
V. Zaporojtchenko
Winter 2005/2006
Metals I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
F. Faupel (+ D. Paretkar)
Polymers II, 2 Std. Vorlesung/Woche,
M. Scharnberg
Polymers II, 1 Std. Seminar/Woche,
M. Scharnberg
Solid State Physics I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
F. Faupel (+ S. Jebril)
Thin Films II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Einführung in die Materialwissenschaft I, 2 Std. Vorlesung/Woche,
K. Rätzke (+ K. Dolgner)
K. Dolgner (+ W. Jäger, W: Weppner, V. Zaporojtchenko, H. Föll, H. Takele)
R. Adelung (+ R. Berndt, W. Depmeier, W. Jäger, L. Kipp, O. Magnussen, M. Schattke, M. Skibowski, W. Tuczek)
Seminar for Members of the Chair for Multicomponent Materials and interested guests, 1 Std. Seminar/Woche,
V. Zaporojtchenko (+ F. Faupel)
Mathematik für Materialwissenschaftler, 4 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
R. Adelung (+ S. Wille)
Drittmittel
DFG, Chalkogenid-Schichtstrukturen: Wachstum und Grenzflächenphänomene, 01.07.2002-30.06.2005 (83.090 EUR)
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BMBF, Steuerung von Haftmechanismen in Verbundsystemen durch chemische Oberflächenfunktionalisierung in
Atmospärendruckplasma, 01.10.2002-31.12.2005 (217.777 EUR)
GKSS, Verbesserte Methoden zur Charakterisierung von Verteilung und Gröÿe des freien Volumens in
Polymermembranen, 01.05.2003-30.04.2005 (81.460 EUR)
DFG, Diffusion in glasbildenden Metallschmelzen vom Gleichgewichtszustand bis zum kalorischen Glasübergang,
01.09.2003-31.08.2005 (128.460 EUR)
DFG, Wachstum und Diffusion von Metallen auf molekularen organischen Halbleitern (OFET), 01.10.2003-30.09.2005
(90.460 EUR)
DFG, Novel preparation methods for metal and alloy nanoparticles in polymers, 01.11.2003-31.10.2005 (234.040
EUR)
DFG, Chalkogenid-Schichtstrukturen: Wachstum und Grenzflächenphänomene, 01.07.2004-30.06.2005 (54.460 EUR)
DFG, Schwerpunktprogramm: Nanodrähte und Nanoröhren: von kontrollierter Synthese zur Funktion - Strain alligned
nanowires on insulating substrates, 01.11.2004-31.10.2005 (98.460 EUR)
DFG, Slowly diffusing elements in bulk amorhous alloys, 01.10.2004-31.03.2006 (61.995 EUR)
DFG, Preparation of optical functional nanocomposites of polymer based metallic nanoparticles,
20.12.2004-19.12.2006 (180.990 EUR)
DFG, Sol-Gel-Heteroschichten, 20.12.2004-19.12.2006 (64.240 EUR)
GKSS, Verbesserte Methoden zur Charakterisierung von Verteilung und Gröÿe des freien Volumens in
Polymermembranen, 01.05.2005-30.04.2006 (36.800 EUR)
DFG, Korrelation von Metallwachstum auf molekularen organischen Halbleitern und elektronischen Eigenschaften,
22.07.2005-21.06.2007 (71.771 EUR)
HDW, Materialprüfung an Schrauben, 14.03.2005 (290 EUR)
SMI, Zusammensetzung dünner Schichten auf Si-Wafern, 10.05.2005 (500 EUR)
DFG DST, Formation of metallic nanostructures in organic matrix by vapour and plasma phase deposition and its
modification by swift heavy Irradiation, 22.07.2005-21.06.2007 (145.860 EUR)
HDW, Messungen an Polymerproben, 09.09.2005 (300 EUR)
GKSS, Virtuelles Institut: Asymmetric structure for polymer electrolyte fuel cell, 01.09.2004-31.08.2007 (6.000 EUR)
Sennheiser, Gasphasenabscheidung von Elektretschichten, 01.11.2005-01.12.2006 (53.000 EUR)
SMI, Strukturelle und chemische Analyse geschädigter Cu Pads, 11.11.2005 (413 EUR)
Peter Wolters AG, XPS Tiefenprofilierung, 06.12.2005 (200 EUR)
ISH, Organische Nanometalle, 28.12.2005-27.12.2006 (25.000 EUR)
Universität:
Prof. Dr. S. Deki, Kobe, Japan, optische Nanokomposite, ultrahydrophobe Oberflächen.
Dr. G. Dlubek, Universität Halle, Positronenvernichtung in Teflon AF.
Prof. Dr. M. Es-Souni, FH Kiel, Ferroelektrische Schichten und Grenzflächen zu Metallen.
Prof. U. Hilleringmann, Universität Paderborn, Teflon Schutzschichten für organische Feldeffekt-Transitoren.
Prof. X. Jiang, Universität Siegen, Nanoindention.
Prof. Dr. M. Kern und Prof. Dr. K. Ludwig, Zahnmedizin, Universität Kiel, AFM, XPS und Kontaktwinkelmessungen an
Zähnen.
Prof. Dr. L. Kipp, Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Kiel, Eigenschaften von Schichtkristallen und
organische Materialien.
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Dr. G. V. Kornich, Zaporozhye National Technical University, Ukraine, Computersimulation zum Sputtern von Clustern.
Prof. Dr. C.-P. Krüger, Universität Saarbrücken, BMBF-Projekt, Haftung und Enthaftung.
Dr. A. Meyer, TU München, München, Probenherstellung in Projekten zu Diffusion in Pd-Cu-Ni-P Legierungen.
Dr. J. Pflaum, Universität Stuttgart, Organische kristalline Halbleiter.
Prof. Dr. R. Podschun, Institut für Infektionsmedizin, Universität Kiel, Antibakterielle Beschickung.
Prof. Dr. W. Possart, Universität Saarbrücken, BMBF-Projekt, Haftung und Enthaftung.
Prof. A. Pucci, Universität Heidelberg, IR Spektroskopie an Nanodrähten.
Dr. C. Ronning, Universität Göttingen, DLC-Schichten als Template.
Prof. Dr. S. Rose-John, Institut für Biochemie, Universität Kiel, Zellwachstum auf Polymeroberflächen.
Prof. W. Schattke, Theoretische Physik der Universität Kiel, Diffusion von Metallen auf und in Schichtkristallen.
Prof. Dr. K. Schulz, TU Hamburg, Positronenvernichtung in Carbon Nanotubes/Epoxy Kompositen.
Prof. S. Tougard, Physics Institut, University of Southern Denmark, Embedding of nanocluster in polymers.
Prof. Wehmann, Dr. M. Kreye, TU Braunschweig, ZnO Nadeln für Brennstoffzellen.
Prof. Wendorf, Universität Marburg, Teflonbeschichtung von Nanofasern.
Prof. Dr. Y. Yampolskii, A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Laboratory of Membrane Gas Separation,
Moskau, Positronenvernichtung und Membranpolymere.
Forschungsinstitute:
Dr. D. K. Avasthi, Materials Science Group, Nuclear Science Centre New Delhi, India, High energy ion beam effects in
polymer-metal nanocomposites.
Prof. Dr. Dietmar Fink, Hahn-Meitner-Institut, Berlin, High energy ion beam effects in polymer-metal nanocomposites.
Fraunhofer Institut, IFAM Bremen, BMBF-Projekt, Haftung und Enthaftung.
Dr. D. Fritsch und Prof. Dr. V. Abetz, GKSS Geesthacht, Freies Volumen in Polymeren mit intrinsischer Mikroporosität.
Dr. A. Griesche, Hahn-Meitner-Institut, Berlin, Probenaustausch zu Projekten über Diffusion in Pd-Cu-Ni-P Legierungen.
Prof. Dr. G. Grundmeier, Max-Planck Institut, Düsseldorf, BMBF, Atmosphärendruckplasmabehandlung zur Haftungssteigerung.
Dr. A.W. Hasse, Max-Planck Institut, Düsseldorf, Nanostrukturierte Eutektika.
PD. Dr. Hofmann, Dr. M. Heuchel, GKSS Geesthacht, Berlin Teltow, GKSS Hochschulprojekt, Positronenvernichtung und
Auswertung von MD Simulationen in Membranpolymeren.
Dr. C.-P. Klages, Fraunhofer Institut, IST, Braunschweig, BMBF-Projekt, Atmosphärendruckplasmabehandlung zur
Haftungssteigerung.
Dr. P. Nunez und Prof. V. Abetz, GKSS Geesthacht, Brennstoffzellen.
Dr. E. Quandt, CAESAR, Bonn, magnetische Nanokomposite.
Dr. B. Schmitt, FZ Rossendorf, Mikrostrukturierung zur Integration von Nanodrähten in die Halbleitertechnik.
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Dr. D. Schubert, Freudenberg KG Weinheim, Freies Volumen und mechanische Eigenschaften von Kompositmaterialien.
Dr. M. Zacharias, Max-Planck Institut für Mikrosturkturphysik, Halle, ZnO Nanodrähte.
Industrie:
Dr. J. Brandt, SMI Itzehoe, Untersuchungen an Wafermaterialien.
Dr. V. Cimalla, ZMN Illmenau, Elektronenstrahllithographie.
Dow Automotive AG, Freienbach, Schweiz, BMBF-Projekt, Haftung und Enthaftung.
inprotec AG, Heitersheim, BMBF-Projekt, Atmosphärendruckplasmabehandlung zur Haftungssteigerung.
Kömmerling Chemische Fabrik GmbH, Pirmasens, BMBF-Projekt, Atmosphärendruckplasmabehandlung zur Haftungssteigerung.
Mankiewicz Gebr. & Co., Hamburg, BMBF-Projekt, Atmosphärendruckplasmabehandlung zur Haftungssteigerung.
Dr. D. Repening, o.m.t. Lübeck, Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen.
Renolit-Werke GmbH, Salzgitter, BMBF-Projekt, Atmosphärendruckplasmabehandlung zur Haftungssteigerung.
Sennheiser Electronic KG Wedemark, Elektrete.
Sika Technology AG, Zürich, Schweiz, BMBF-Projekt, Haftung und Enthaftung.
SOFTAL electronic, Erik Blumenfeld GmbH & Co. KG, BMBF-Projekt, Hamburg, Atmosphärendruckplasmabehandlung zur
Haftungssteigerung.
tesa AG, Hamburg, BMBF-Projekt, Atmosphärendruckplasmabehandlung zur Haftungssteigerung.
A. Alfaferi, Stress analysis of thin films on HPC R.F. microcapacitors (HPC 0402 and HPC 0603) during their
manufacturing, 31.01.2005
R. Zhang, System and process characterization of rework soldering system, 10.02.2005
C. Pochstein, Hochvakuumabscheidung und Charakterisierung von Metall-Polymer-Nanokompositen für magnetische
Hochfrequenzanwendungen, 20.04.2005
S. Wu, Trenched metallized carbon nanotube composites for potentional H2 sensor application, 10.10.2005
W. Wang, Physics and chemistry of thermoplastic polymer films synthesized by vapor deposition in vacuum,
14.10.2005
D. Paretkar, ZnO nanostructures: Conventional and novel fabrication methods, 20.10.2005
F. Yang, Dispersion of Au and Ag nanoparticles into BPA-PC by induced crystallization in acetone vapour, 20.10.2005
V.S.K. Chakravadhanula, Sythesis and characterization of 2D and 3D Au/Ag - polymer nanocomposites for optical
applications, 01.11.2005
L. Ding, Organic semiconductor structures using microchannels and PTCDA deposition, 08.11.2005
S. Jebril, Integration of nanowires into silicon micro technology, 15.11.2005
R. Huang, Optimization of catalystic layers in PEM fuel cell with carbon nanotubes, 25.11.2005
Dissertationen
J. Zekonyte, Sputtering and surface modification of thermoplastic polymers with low energy ion beams, 22.09.2005
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Veröffentlichungen
G.V. Kornich, G. Betz, V. Zaporojtchenko, A.I. Bazhin, F. Faupel, Molecular dynamics simulations of low energy ion
sputtering of copper nano-dimensioanl clusters on graphite substrates, Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research B (NIMB), 227, 261 (2005)
F. Faupel, K. Rätzke, Diffusion in metallic glasses and supercooled melts, in: Diffusion in Condensed Matter, P. Heitjans
and J. Kärger (Eds.), Springer, 249 (2005)
J. Kanzow, P. Schulze Horn, M. Kirschmann, V. Zaporojtchenko, K. Dolgner, C. Wehlack, W. Possart, F. Faupel, Formation
of a metal/epoxy resin interface, Applied Surface Science, 239, 227 (2005)
G.V. Kornich, G. Betz, V. Zaporojtchenko, K.V. Pugina, F. Faupel, Molecular dynamics simulations of interactions of Ar
and Xe ions with surface Cu clusters at low impact energies, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B
(NIMB), 228, 41 (2005)
M. Scharnberg, J. Hu, J. Kanzow, K. Rätzke, R. Adelung, F. Faupel, C. Pannemann, U. Hilleringmann, S. Meyer, J. Pflaum,
Radiotracer measurements as a sensitive tool for the detection of metal penetration in molecular-based organic
electronics, Appl. Phys. Lett., 86, 024104 (2005)
M. Scharnberg, J. Hu, J. Kanzow, K. Rätzke, R. Adelung, F. Faupel, J. Pflaum, Ag-diffusion in the organic semiconductor
diindenoperylene, Defects and Diffusion Forum, 237-240, 993 (2005)
U. Schürmann, W.A. Hartung, H. Takele, V. Zaporojtchenko, F. Faupel, Controlled syntheses of Ag-PTFE nanocomposite
thin films by co-sputtering from two magnetron sources, Nanotechnology, 16, 1078 (2005)
V. Zaporojtchenko, J. Zekonyte, S. Wille, U. Schürmann, F. Faupel, Tailoring of the PS surface with low energy ions:
Relevance to growth and adhesion of noble metals, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B (NIMB),
236, 95 (2005)
J. Zekonyte, V. Zaporojtchenko, F. Faupel, Investigation of the drastic change in the sputter rate of polymers at low ion
fluence, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B (NIMB), 236, 241 (2005)
J. Kanzow, F. Faupel, W. Egger, P. Sperr, G. Kögel, C. Wehlack, A. Meiser, W. Possart, Depth-resolved analysis of the
aging behavior of epoxy thin films by positron spectroscopy, in: Adhesion - Current research and applications, W.
Possart (Ed.), Wiley-VCH, 465 (2005)
G.V. Kornich, G. Betz, V. Zaporojtchenko, F. Faupel, L.I. Lozovskaya, Molecular dynamics simulation of interaction of low
energy Ar and Xe ions with Cu clusters on a graphite surface, Physics of the Solid State, 47,10, 1907 (2005)
M. Scharnberg, J. Kanzow, K. Rätzke, R. Adelung, S. Meyer, J. Pflaum, F. Faupel, Radiotracer diffusion measurements of
noble metal atoms in semiconducting organic films, in: Organic thin-film electronics, A.C. Arias, N. Tessler, L. Burgi,
and J.A. Emerson (Eds.), I6.31, Mater. Res. Soc. Symp. Roc. 871E, Warrendale, PA, (2005)
C. Pannemann, T. Diekmann, U. Hilleringmann, U. Schürmann, M. Scharnberg, V. Zaporojtchenko, R. Adelung, F. Faupel,
Encapsulating the active layer of organic thin-film transistors, Proc. of the IEEE Polytronic 2005 conference, IEEE
Catalog No. 05TH8855C, 63 (2005)
J. Kruse, J. Kanzow, K. Rätzke, F. Faupel, M. Heuchel, J. Frahn, D. Hofmann, Free volume in polyimides: Positron
annihilation experiments and molecular modelling, Macromolecules, 38, 9638 (2005)
M. Es-Souni, A. Piorra, S. Habouti, S.K. Rudra, F. Faupel, (La0.8 ,Sr0.2 )MnO3 /Ti-metal foil substrate heterostructure
effects on the ferroelctric and piezoelectric properties of lead zirconate titanate thin films, App. Phys. Lett., 87,
182910 (2005)
S. Yakovlev, J. Zekonyte, C.-H. Solterbeck, M. Es-Souni, Interfacial effects on the electrical properties of multiferroic
BiFeO3 /Pt/Si thin film heterostructures, Thin Solid Films, 493, 24 (2005)
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R. Adelung, M. Elbahri, S.K. Rudra, A. Biswas, S. Jebril, R. Kunz, S. Wille, M. Scharnberg, Employing thin film failure
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mechanisms to form templates for nano-electronics, MRS Proceedings O11.3/B7.3, 871, (2005)
B. Yang, R. Adelung, K. Ludwig, K. Böÿmann, D.H. Pashley, M. Kern, Effect of structural change of collagen fibrils on the
durability of dentin bonding, Biomaterials, 26, 5021 (2005)
C. Ramírez, R. Adelung, R. Kunz, L. Kipp, W. Schattke, Lithium adsorption by TiSe2 of varying concentration via density
functional theory, Physical Review B, 71, 035426 (2005)
V. Zaporojtchenko, U. Schürmann, H. Greve, H. Takele, A. Biswas, C. Pochstein, M. Frommberger, E. Quandt, A. Avasthi,
R. Podschun, F. Faupel, Polymer-metal nanocomposites for functional applications, VDI-Berichte Nr. 1920, Nanofair
2005, ISBN 3-18-091920-5, (2005)
M. Elbahri, S. Jebril, S.K. Rudra, D. Cengher, V. Cimalla, O. Ambacher, D. Paretkar, S. Wille, R. Adelung, New route of
nanowire integration in microfabrication processes for sensor, VDI-Berichte Nr. 1920, Nanofair 2005, ISBN
3-18-091920-5, (2005)
Patent-Anmeldungen
V. Zaporojtchenko, F. Faupel, S. Rehders, V. Gorelik, Vakuumbedampfte Elektretschichten, Europäisches Patentamt,
23.07.2005, PCT/EP 2005/006769
R. Adelung, S. Rehders, Verfahren zur Herstellung von Submikrostrukturen auf einem Substrat, Deutsches Patentamt,
17.10.2005, PCT/DE 2005/001852
R. Adelung, M. Elbahri, S. Jebril, S. Rehders, Verfahren zur Erzeugung einer Mehrzahl regelmäÿig angeordneter
Nanoverbindungen auf einem Substrat, Deutsches Patentamt, 28.11.2005, DE 10 2005 056 879.3
M. Elbahri, R. Adelung, D. Paretkar, Herstellung und Selbstorganisation von geordneten Nanostrukturen auf festen
Oberflächen, Deutsches Patentamt, 15.12.2005, DE 10 2005 060 407.2
Präsentationen
F. Faupel, Nanomaterialien in Schleswig-Holstein (eingeladener Vortrag), Sitzung des Technologie- und Innovationsrates
Schleswig-Holstein, Kiel, 12.01.2005
F. Faupel, Polymer-Metall-Nanokomposite für funktionelle Anwendungen (eingeladener Vortrag), Kolloquium des SFB
277 Grenzflächenbestimmte Materialien, Universität des Saarlandes, Saarbrücken, 17.01.2005
R. Adelung, Metal growth on organic surfaces: from clusters to nanowire networks (eingeladener Vortrag), IFAM,
Bremen, 19.01.2005
K. Rätzke, J. Kruse, J. Kanzow, F. Faupel, M. Heuchel, J. Frahn, D. Hofmann, Freies Volumen in Membranpolymeren:
Experiment und Simulation (eingeladener Vortrag), Institutskolloquium, Universität Münster, Münster,
24.-25.01.2005
U. Schürmann, J. Zekonyte, V. Zaporojtchnko, F. Faupel, BMBF-Projekt Chem-Funk, Zwischenbericht (Vortrag), Fa.
Renolit, Salzgitter, 24.01.2005
F. Faupel, Polymer-Metal Nanocomposites for Functional Applications (eingeladener Vortrag), Max-Planck-Institut für
Eisenforschung (MPIE), Düsseldorf, 09.02.2005
R. Adelung, Aligned inorganic nanowire and nanochannel structures formed by utilizing mechanical failure mechanisms
(Poster), Heraeus Seminar: Science and Technology of Inorganic Nanowires, Bad Honnef, 13.02.2005
F. Faupel, Funktionalisierung und Stukturierung von Polymeroberflächen mit Ionen (eingeladener Vortrag), GKSS,
ISH-Initiative Oberflächentechnik, Workshop: Beschichtung und Funktionalisierung von Oberflächen durch
Plasmabehandlung, Geesthacht, 16.02.2005
F. Faupel, Polymer-metal nanocomposites für functional applications (eingeladener Vortrag), Dinner talk at Indo
German Workshop on Synthesis and Modification of Nano-Structured Materials by Energetic Ion Beams, New Delhi,
Indien, 20.02.2005
R. Adelung, New polymer electrolyte (Vortrag), Meeting Virtual Institute: Asymmetric Structures for Fuel Cell, GKSS,
Geesthacht, 22.02.2005
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F. Faupel, Polymer-metal nanocomposites für functional applications (eingeladener Vortrag), Malaviya National
Institute of Technology, Jaipur, Indien, 24.-25.02.2005
F. Faupel, Polymer-metal nanocomposites für functional applications (eingeladener Vortrag), Seminar on
Nanocomposites and Technology in amity School of Engineering and Technology, New Delhi, Indien, 26.-27.02.2005
C. Ramirez, R. Adelung, L. Kipp, W. Schattke, Alkali intercalation in transition metal dichalcogenides via steps (Vortrag),
DPG-Frühjahrstagung, Berlin, 03.-09.03.2005
R Adelung, M. Elbahri, S.K. Rudra, A. Biswas, R. Kunz, Multicomponent nanowires formed by nano shadow masks
based on delamination (Vortrag), DPG-Frühjahrstagung, Berlin, 03.-09.03.2005
A. Bartsch, K. Rätzke, V. Zöllmer, A. Meyer, F. Faupel, Diffusion und Viskosität in unterkühlten Metallschmelzen
(Poster), DPG-Frühjahrstagung, Berlin, 03.-09.03.2005
M. Elbahri, S.K. Rudra, A. Biswas, R. Adelung, Electrical and optical sensors fabricated by thin film fracture (Poster),
H. Greve, A. Biswas, C. Pochstein, U. Schürmann, V. Zaporojtchenko, F. Faupel, M. Frommberger, E. Quandt, Preparation
and properties of thin magnetic metal-polymer nanocomposite films (Vortrag), DPG-Frühjahrstagung, Berlin,
03.-09.03.2005
J. Kruse, J. Kanzow, K Rätzke, F. Faupel, M. Heuchel, J. Frahn, D. Hofmann, Freies Volumen in Membranpoliimiden:
Variation der Diamin-Geometrie (Poster), DPG-Frühjahrstagung, Berlin, 03.-09.03.2005
C. Pochstein, U. Schürmann, H. Greve, M. Frommberger, V. Zaporojtchenko, E. Quandt, F. Faupel, Magnetic
metal-polymer nanocomposite films prepared by co-sputtering from two magnetron sources (Poster),
M. Scharnberg, J. Kanzow, K. Rätzke, S. Meyer, J. Pflaum, R. Adelung, F. Faupel, Radiotracer diffusion measurements of
noble metal atoms in semiconducting crystalline organic films (Vortrag), DPG-Frühjahrstagung, Berlin,
03.-09.03.2005
U. Schürmann, W.A. Hartung, H. Takele, V. Zaporojtchenko, F. Faupel, Controlled sytheses of silver/polymer
nanocomposite films by co-sputtering from two magnetron sources (Vortrag), DPG-Frühjahrstagung, Berlin,
03.-09.03.2005
H. Takele, U. Schürmann, H. Greve, V. Zaporojtchenko, F. Faupel, Effect of hot landing at elevated temperature and
metal concentration on the optical and elctrical properties of Teflon AF - noble metal composites (Vortrag),
S. Wille, J. Zekonyte, U. Schürmann, V. Zaporojtchenko, F. Faupel, Tailoring of the polymer surfaces with low energy
ions: Relevance to growth and adhesion of noble metals (Poster), DPG-Frühjahrstagung, Berlin, 03.-09.03.2005
S. Wille, M. Scharnberg, R. Adleung, A new simple but rapid method to form aligned nanochannels (Poster),
F. Faupel, Norddeutsche Initiative Nanomaterialien (NINa) und Beispiele von Aktivitäten aus Industrie und Hochschulen
(eingeladener Vortrag), Workshop Nanotechnologie and Life Science, BAY TO BIO Förderkreis Life Science, Hamburg,
09.03.2005
M. Scharnberg, R. Adelung, M. Elbahri, S.K. Rudra, A. Biswas, S. Jebril, R. Kunz, S. Wille, Employing thin film failure
mechanisms to form templates for nano-electronics (Vortrag), Seminar, University of Texas, Austin, Texas, USA,
20.03.-01.04.2005
M. Scharnberg, M. Elbahri, S.K. Rudra, A. Biswas, S. Jebril, R. Kunz, S. Wille, M. Scharnberg, Employing thin film failure
mechanisms to form templates for nano-electronics (Vortrag), MRS Spring Meeting, San Francisco, USA,
20.03.-01.04.2005
M. Scharnberg, K. Kanzow, K. Rätzke, R. Adelung, F. Faupel, S. Meyer, J. Pflaum, Radiotracer diffusion measurements of
noble metal atoms in semiconducting organic films (Poster), MRS Spring Meeting, San Francisco, USA,
20.03.-01.04.2005
F. Faupel, Polymer-metal nanocomposites for functional applications (eingeladener Vortrag), Kolloquium am Caesar,
Bonn, 26.-27.04.2005
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R. Adelung, M. Elbahri, S.K. Rudra, S. Jebril, S. Wille, M. Scharnberg, Applications of nano-shadow-masks formed by thin
film delamination as precise tool for nanowire formation (Vortrag), DFG-Schwerpunkttreffen 1165, Fulda,
02.-04.05.2005
F. Faupel, Polymer-metal nanocomposite for functional applications (eingeladener Vortrag), Materialwissenschaftliches
Kolloquium, TU Darmstadt, Darmstadt, 09.-10.05.2005
F. Faupel, Polymer-metal nanocomposite for functional applications (eingeladener Vortrag), Seminar der
Materialphysik, Universität Göttingen, Göttingen, 10.-11.05.2005
R. Adelung, M. Elbahri, S.K. Rudra, S. Jebril, S. Wille, M. Scharnberg, Creating well aligned metal nanowires on polymer
substrates (Poster), Workshop Nanomaterialien in Norddeutschland, Schleswig, 17.-18.05.2005
K. Rätzke, M. Scharnberg, J. Kanzow, R. Adelung, F. Faupel, J. Pflaum, Diffusion in crystalline molecular materials
(Vortrag), Diffusion in solids: Past, present and future DiSo - 05 International Workshop, Moskau, Russland,
22.-28.05.2005
U. Schürmann, H. Takele, V. Zaporojtchenko, F. Faupel, Optical and electrical properties of polymer metal
nanocomposites prepared by magnetron co-sputtering (Vortrag), 8th International Conference on Atomically
Controlled Surfaces and Nanostructures (ACSIN-8), Stockholm, Schweden, 10.-23.06.2005
V. Zaporojtchenko, J. Zekonyte, F. Faupel, Metallization of polymer surfaces after ion beam treatment. Mechanism of
adhesion improvement and degradation (eingeladener Vortrag), 5th International Symposium on Polymer Surface
Modification: Relevance to Adhesion, Toronto, Kanada, 17.-23.06.2005
G.V. Kornich, Molecular dynamics simulation of ion sputtering of surface metal nanoclusters at low impact energies,
Kieler Woche Internationale Gastvorträge, Kiel, 22.06.2005
F. Faupel, Polymer-Metall-Nanokomposite für funktionelle Anwendungen (eingeladener Vortrag), Sommerfest der
Technischen Fakultät, Kiel, 01.07.2005
F. Faupel, V. Zöllmer, A. Bartsch, K. Rätzke, Diffusion and viscours flow in bulk glass forming alloys (eingeladener
Vortrag), 5th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems (5th IDMRCS), Lilles, Frankreich,
07.-13.07.2005
F. Faupel, J. Kanzow, J. Erichsen, V. Zaporojtchenko, T. Shiferaw, U. Schürmann, C. Wehlack, W. Possart, Surface and
thin film glass transition in polystyrene and epoxy investiated by the embedding of nanoclusters and positron
annihilation (Poster), 5th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems (5th IDMRCS), Lilles,
Frankreich, 07.-13.07.2005
U. Schürmann, V. Zaporojtchenko, J. Zekonyte, F. Faupel, BMBF-Projekt Chem-Funk, Zwischenbericht (Vortrag), Fa.
Tesa, Hamburg, 27.07.2005
K. Rätzke, e+ in polymers I (Vortrag), TU München, Mini-Workshop on Positron Physics and Positron Experiments,
München, 31.08.-02.09.2005
M. Elbahri, R. Adelung, Complex interconnected nanowire structures (Vortrag), Tagung Nanodrähte und Nanoröhren,
Hirschegg, Österreich, 04.-08.09.2005
K. Rätzke, J. Kruse, J. Kanzow, F. Faupel, J. Frahn, M. Heuchel, D. Hofmann, Free volume in polymeric membranes:
Comparison of positron annihilation lifetime spectroscopy and evaluation of MD simulations (Vortrag), 8th
International Workshop on Positron and Positronium Chemistry (PPC-8), Universtiy of Coimbra, Physics Department,,
Coimbra, Portugal, 04.-10.09.2005
D. Paretkar, R. Adelung, Zink oxide nanostructures: Fabrication from bourgeois to bohemian (Vortrag), Sehlendorf
Seminar, Sehlendorf, 08.-09.09.2005
R. Adelung, Nanowires - what is still interesting? (Vortrag), Sehlendorf Seminar, Sehlendorf, 09.09.2005
R. Adelung, Herstellung und Anwendung von Nanodraht-Kompositstrukturen (eingeladener Vortrag), ZMN Kolloquium
an der TU-Illmenau, Illmenau, 14.-15.09.2005
R. Adelung, Simple methods to create a metal-nanowire polymer composite (eingeladener Vortrag), 2nd International
Workshop on Polymer/Metal Nanocomposites, GKSS, Geesthacht, 25.-27.09.2005
V.S.K. Chakravadhanula, V. Zaporojtchenko, Tuning the surface plasmon resonance in polymer-metal particle
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nanocomposites in bimetallic Au-Ag system (Poster), 2nd International Workshop on Polymer/Metal
Nanocomposites, GKSS, Geesthacht, 26.09.2005
H. Greve, V. Zaporojtchenko, C. Pochstein, F. Faupel, E. Quandt, Soft magnetic vapor phase co-deposited polymer-metal
nanocomposites for high frequency applications (Poster), 2nd International Workshop on Polymer/Metal
Nanocomposites, GKSS, Geesthacht, 26.-27.09.2005
V. Zaporojtchenko, H. Greve, U. Schürmann, H. Takele, F. Faupel, VPD polymer-metal nanocomposites for functional
applications (eingeladener Vortrag), 2nd International Workshop on Polymer/Metal Nanocomposites, GKSS,
Geesthacht, 26.-27.09.2005
M. Scharnberg, L. Ding, R. Adelung, F. Faupel, Details and influence of Ag diffusion in organic semiconductors (Vortrag),
Kolloquium im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms 1121/3, OFET, Würzburg, 04.-05.10.2005
K. Räztke, J. Kanzow, K. Günther-Schade, J. Kruse, F. Faupel, W. Egger, P. Sperr, G. Kögel, Materials science with
positron lifetime spectroscopy: Some samples for polymers (Vortrag), FSI Treffen an der Universität der Bundeswehr
München, München, 05.-09.10.2005
J. Kruse, K. Rätzke, Materials science with positron lifetime specrtroscopy: Application to polymers (Vortrag), FSI Treffen
an der Universität der Bundeswehr München, München, 05.-09.10.2005
V. Zaporojtchenko, U. Schürmann, H. Greve, H. Takele, C. Pochstein, V.S.K. Chakravadhanula, D.K. Avasthi, VPD
Polymer-Metal Nanocomposites for Functional Applications (Vortrag), GKSS, Geesthacht, 05.10.2005
R. Adelung, Nanotubes, nanowires: from simple sythesis to functional structure (Vortrag), Kolloquium der TF, Kiel,
17.10.2005
F. Faupel, Polymer-Metall-Verbundschichten (eingeladener Vortrag), DGM Fachausschuss Dünne Schichten, Wien,
Österreich, 20.-21.10.2005
V. Zaporojtchenko, M. Scharnberg, F. Faupel, Abscheidung von Fluoropolymeren (eingeladener Vortrag), Fa. Sennheiser,
Wedemark, 28.10.2005
F. Faupel, Polymer-metal nanocomposites for functional applications (eingeladener Vortrag), HMI, Berlin,
14.-15.11.2005
R. Adelung, Nanodrahtnetzwerke: Synthesen, Eigenschaften und mögliche Anwendungen (eingeladener Vortrag),
Universität Chemnitz, Chemnitz, 24.-26.11.2005
F. Faupel, Metall-Polymer-Übergänge: Von der Chipstüte zum Mikrochip (Vortrag), Lange Vorlesungsnacht, CAU zu Kiel,
Kiel, 25.11.2005
F. Faupel, Soft magnetic vapor phase co-deposited polymer-metal nanocomposites for high frequency applications
(Vortrag), MRS Tagung, Boston, USA, 26.11.-03.12.2005
F. Faupel, M. Scharnberg, R. Adelung, Influence of the film morphology on the diffusion of Ag in the organic
semicondutor diindenoperylene (Poster), MRS Tagung, Boston, USA, 26.11.-03.12.2005
R. Adelung, M. Elbahri, S. Jebril, D. Paretkar, S. Wille, Nanowire Networks: Syntheses, properties and possible
applications (Vortrag), Nanofair 2005, Dresden, 28.-30.11.2005
V. Zaporojtchenko, U. Schürmann, H. Takele, H. Greve, A. Biswas, E. Frommberger, E. Quandt, R. Podschun, F. Faupel,
Metall-Polymer Nanokomposite für funktionelle Anwendungen (eingeladener Vortrag), Nanofair 2005, Dresden,
28.-30.11.2005
V. Zaporojtchenko, XPS for nanotechnology (Vortrag), Norddeutsche Initiative Nanomaterialien (NINa), Kiel,
15.12.2005
F. Faupel, Statustreffen des ChemFunk-Projektberbundes (eingeladener Poster), Fraunhofer IST, Braunschweig,
20.12.2005
Auswahl ehrenamtlicher Tätigkeiten von Prof. Faupel
Koordinator der Norddeutschen Initative Nanomaterialien (NINa) ,
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Associate Editor der Zeitschrift Journal of Materials Research, herausgegebenen von der Materials Research Society
(MRS),
Mitglied des Editorial Advisory Board (EAB) der Zeitschrift Journal of Adhesion Science and Technology , (2002-2008),
Mitglied des Advisory Board der Zeitschrift Diffusion and Defect Data ,
Stellvertretender Vorsitzender des technisch-wissenschaftlichen Beirates des GKSS-Forschungszentrums Geesthacht ,
Mitglied des Programmkomitees der internationalen Konferenz Diffusion in solids: past, present and future , Moskau, Mai
2005,
Mitglied des International Advisory Commitee of the Indo-German Workshop on Synthesis, and Modification of
Nanostructures by Energetic Ions , New Delhi, Indien, 20.-24.02.2005,
Mitglied des Scienfific Board of the 9th Seminar Diffusion and Thermodynamic of Materials 2005 in Brno, Tschechische
Republik, April 2005,
Ordentliches Mitglied der Auswahlkommission für Helmholtz-DAAD-Stipendiaten , Bonn, März 2005,
Mitglied des Programmausschusses zu geplantem DFG-Schwerpunktprogramm Polymer-Festkörperkontakte: Grenzflächen,
dünne Filme und Interphasen - von der molekularen Betrachtung zum Kontinuun berufen,
Aufnahme in die Societas Christiana Albertina in 2005,
Neben den hier aufgeführten Tätigkeiten hat Prof. Faupel u.a. an zahlreichen Begutachtungen im In- und Ausland
teilgenommen und regelmäÿig Gutachten für Zeitschriften und Drittmittelgeber erstellt.
Workshoporganisation
Bearbeitertreffen Hirschegg des Schwerpunktprogrammes 1165 durch Dr. R. Adelung.
Preise
Dr. Jörn Kanzow wurde am 10. Juli 2005 der Fakultätspreis 2004 im Rahmen des Universitätstages der CAU in
Bordesholm verliehen.
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Mikrostrukturanalytik
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Die Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe konzentrieren sich auf die Mikrostrukturforschung für Funktionsmaterialien,
Dünnschichtsysteme, Grenzflächen und Nanomaterialien und auf die Entwicklung und Anwendung von quantitativen
Verfahren der hochauflösenden und analytischen Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) zur Nanoanalytik mit
Elektronen in der Material- und Oberflächenforschung. Bei den Forschungsarbeiten stehen die Aufklärung der Beziehungen
zwischen Struktur und physikalisch-chemischen Eigenschaften sowie die Synthese von Grundlagenuntersuchungen und
methodischen Weiterentwicklungen im Vordergrund.
Herausragende Aktivitäten und Ergebnisse in 2005:
Chalkogenid-Schichtstrukturen - Wachstum und Grenzflächenphänomene (DFG-Forschergruppe FOR 353): Die Entstehung
von Nanofaltennetzwerken und die Interkalation bei der Deposition von Metallen auf Oberflächen von ChalkogenidSchichtkristallen wurden am Modellsystem Cu / VSe2 mittels der Methoden der Transmissionselektronenmikroskopie
(TEM) weiter aufgeklärt (Dissertationsvorhaben Dipl.-Ing. S. Hollensteiner, Habilitationsvorhaben Dr. E. Spiecker). Die
Nanofaltennetzwerke können als Template zur Herstellung von Nanodrähten bei Metallbedampfung dienen (Diplomarbeit
F. Dietz). Für weitere geplante Kooperations-Projekte im Bereich Nanowissenschaften wurden Drittmittel-Anträge gestellt,
darunter ein Beitrag zum SFB-Vorantrag Funktion durch Schalten .
Technologietransfer und Unterstützung von wissenschaftlichen Arbeiten externer Arbeitsgruppen (Dr. D. Häuÿler): Die
technologieorientierten Zusammenarbeiten mit Unternehmen und mit Forschungsinstituten wurden fortgesetzt. Unsere
TEM-Methode der geometrischen Phasenanalyse (GPM) wurde bei der Entwicklung von kommerziell nutzbaren Filtern für die
Röntgenanalytik auf der Basis von ultradünnen Multilagensystemen eingesetzt und weiterentwickelt (ISH-HWT-Förderung
einer Kooperation mit INCOATEC GmbH, Geesthacht); Kooperationen mit GKSS Forschungszentrum Geesthacht und
Fraunhofer ISiT Itzehoe).
Feodor-Lynen-Forschungsstipendium der Alexander-von-Humboldt-Stiftung für Herrn Dr. Erdmann Spiecker für einen
1-Jahres-Forschungsaufenthalt am National Center for Electron Microscopy, LBL, Berkeley, U. S. A., Physik Journal 5 (3),
34 (2006).
Prof. Dr. Werner Petersen-Preis der Technik 2005 für Herrn Dipl.- Ing. Jan Schöne für seine Untersuchungen
zur Mikrostruktur hocheffizienter Solarzellen. Herr Schöne erhält für die Fortsetzung dieser Arbeiten auÿerdem ein
DBU-Doktorandenstipendium (Kooperation Fraunhofer ISE Freiburg).
Nanoanalytik mit Elektronen (TEM) für die Material- und Oberflächenforschung (Initiative und Federführung Prof.
W. Jäger): Bewilligung des fakultätsübergreifenden Innovations-Projektes zur Einrichtung eines zentralen Labors für
analytische Transmissionselektronenmikroskopie (Gesamtumfang 2,4 Mio. EUR, Kieler Nachrichten vom 13.12.2005).
Ergebnisse
1. Quantitative Methoden der analytischen Transmissionselektronenmikroskopie
Die Materialcharakterisierung mit den Verfahren der analytischen Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) ermöglicht
die quantitative Analytik von Struktur, chemischer Zusammensetzung und elektronischen Eigenschaften bis in den atomaren
Bereich. In Verbindung mit unseren Forschungsprojekten werden verschiedene neue Verfahren entwickelt, experimentell
getestet, gegebenenfalls mit Bildsimulationen auf der Basis der dynamischen Elektronenbeugung verglichen und auf
aktuelle Fragestellungen angewendet. Im experimentellen Bereich werden diese Arbeiten auch von Weiterentwicklungen
bei der Herstellung elektronentransparenter Probenpräparate begleitet.
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Schwerpunkte der Arbeiten in 2005:
Neuartige TEM-Methode zur statistischen Untersuchung von Fehlanpassungsversetzungen in komplexen Schichtsystemen
aus Halbleitermaterialien für die Materialentwicklung in Solarik, Elektronik und Sensorik (E. Spiecker, J. Schöne, S.
Rajagopalan, and W. Jäger, Microscopy of Semiconducting Materials XIV Materials, Oxford 2005, invited contribution).
TEM-Untersuchungen von Fehlpassungsversetzungen in GaInP/GaInAs/Ge-Heterostrukturen für hocheffiziente Tripelsolarzellen und Vergleich mit Messungen durch hochauflösende Röntgenbeugung mit dem Ziel einer quantitativen Ermittlung
von Schichtspannungen in technisch interessanten komplexen Schichtsystemen (Diplomarbeit J. Schöne; E. Spiecker,
Kooperation Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Freiburg, Förderung CAU).
Weiterentwicklung der Methode der geometrischen Phasenanalyse zur quantitativen Auswertung der TEM-Abbildungen von
periodischen Multilagensystemen und Übergittern. Die Methode erlaubt die hochpräzise Bestimmung von Perfektion und
Orientierung der Multilagen. Eine erste Veröffentlichung des Verfahrens wurde sofort akzeptiert (D. Häuÿler, E. Spiecker,
ISH-HWT-Förderung, Kooperation mit INCOATEC GmbH, Geesthacht, Forschungszentrum GKSS Geesthacht, Fraunhofer ISiT
Itzehoe, Förderung CAU).
Weiterentwicklung einer Methode der Elektronenbeugung mit konvergentem Strahl (englisch: convergent beam
electron diffraction, CBED) zur Bestimmung der Polarität von III-V-Verbindungshalbleitern und Anwendung auf
das Materialsystem InP als Basismaterial für die Mikroelektronik und Optoelektronik. Die Methode wurde für die
hochauflösende Charakterisierung der Grenzflächen und Grenzflächenpolarität von elektrochemisch erzeugten Nanoporen
in InP angewendet und konnte im Ergebnis zur Aufklärung der Porenwachstumsmechanismen entscheidend beitragen.
Entsprechende Ergebnisse wurden von der Zeitschrift Physica Status Solidi zur Gestaltung der Titelseite ausgewählt
(Studienarbeit M. Rudel; E. Spiecker, Kooperation Lehrstuhl Prof. Föll, Förderung CAU).
2. Chalkogenid-Schichtstrukturen - Wachstum und Grenzflächenphänomene: Nanofalten auf Oberflächen und
Interkalation bei VSe2 -Schichtkristallen
Kooperationen: Prof. L. Kipp IEAP-CAU Kiel / Dr. H. Schroeder Forschungszentrum Jülich / Dr. W. Sigle MPI
Metallforschung Stuttgart / Dr. U. Dahmen, National Center for Electron Microscopy (NCEM), Lawrence Berkeley National
Laboratories (LBL), Berkeley, USA / Förderung durch DFG Forschergruppe FOR 353 CAU Kiel / Förderung durch
Alexander-von-Humboldt-Forschungsstipendium für E. Spiecker / Förderung CAU
Abb. 1: a) Nanofaltennetzwerk auf VSe2 nach Cu-Bedampfung und Nachweis einer dachartigen Faltenstruktur. b)
Verwendung von Faltennetzwerken als Templat für die Herstellung von Nanodrähten: Die Nanofalten sind nach
Au-Bedampfung mit Au-Clustern dekoriert.
Schwerpunkte dieses Projektes sind die Untersuchungen der bei der Metalldeposition auf Chalkogenid-SchichtkristallSubstrate auftretenden Phänomene mit dem Ziel, die Prozesse der selbstorganisierten Bildung von Nanostrukturen und
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die Interkalation von Metallen zu verstehen. Die Untersuchungen konzentrierten sich weiterhin auf den Modellfall der
Metalldeposition auf VSe2 -Schichtkristallsubstrate.
Schwerpunkte der Arbeiten in 2005:
- Die Entstehung von Nanofaltennetzwerken und die Interkalation bei der Deposition von Metallen auf Oberflächen von
Chalkogenid-Schichtkristallen wurden am Modellsystems Cu / VSe2 mit Hilfe der hochauflösenden und analytischen
Methoden der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) weiter aufgeklärt. Wesentliche Voraussetzung für das Gelingen
der neuen Experimente waren die verbesserten Methoden der Probenpräparation (Verwendung von Focussed-IonBeam FIB -Methoden), mit denen es ermöglicht wurde, die Natur und die Entstehungsmechanismen von Nanofalten
und linearen Nanokavitäten auf VSe2 -Schichtkristalloberflächen und die Interkalation von Kupfer während der
Metalldeposition detaillierter aufzuklären. Zusätzlich wurde erstmals die Dynamik der Nanofaltenbildung in-situ durch
Bedampfungsexperimente in einem Niedrigenergie-Elektronenmikroskop (Low-energy electron microscope LEEM) untersucht
(E. Spiecker, Forschungsaufenthalt am NCEM LBL Berkeley USA).
- Weitere Untersuchungen der elektronischen und strukturellen Eigenschaften von Oberflächen-Nanostrukturen mittels
EELS/ELNES, STEM Z-Kontrast-Abbildung und EDXS wurden mit einem dedizierten hochauflösenden RastertransmissionsElektronenmikroskop am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart durchgeführt (S. Hollensteiner, Kooperationen:
Dr. W. Sigle MPI MF Stuttgart, Prof. L. Kipp IEAP CAU Kiel).
- Untersuchungen der Gold-Bedampfung von Oberflächen nach der Bildung von Nanofaltennetzwerken wurden für
unterschiedliche Parameter (Temperatur, Bedeckung) durchgeführt und ergaben, dass Nanofalten als Templat für
die Herstellung von Nanodrähten dienen können (Studienarbeit/Diplomarbeit F. Dietz; S. Hollensteiner, E. Spiecker,
Kooperationen: Dr. H. Schroeder Forschungszentrum Jülich / Prof. L. Kipp IEAP CAU Kiel).
3. Chalkogenid-Schichtstrukturen - Wachstum und Grenzflächenphänomene: Grenzflächen und Wachstum von
PbS /TiS2 - Fehlpassungsschichtkristallen
Kooperationen: Prof. L. Kipp IEAP CAU Kiel / Dr. U. Dahmen, National Center for Electron Microscopy (NCEM), Lawrence
Berkeley National Laboratories (LBL), Berkeley, USA / Förderung durch DFG Forschergruppe FOR 353 CAU Kiel / Förderung
durch Alexander-von-Humboldt-Forschungsstipendium für E. Spiecker / Förderung CAU
Die aktuellen Arbeiten in diesem Projekt konzentrieren sich auf die Epitaxie von Schichtkristallen mit Fehlanpassung, auf die
Struktur von Grenzflächen sowie auf Untersuchungen der Mikrostruktur von Volumenkristallen und von Strukturdefekten und
deren Entstehung. Von Interesse ist auch die Deutung der elektronischen Eigenschaften, beispielsweise des Ladungstransfers
zwischen den unterschiedlichen Schichten, bei der die Kenntnis der Mikrostruktur wesentlich ist.
Schwerpunkt der Arbeiten in 2005:
Mit den Methoden der hochauflösenden TEM und mittels Elektronenbeugung konnte für das Modellsystem PbS/TiS2 der
Spannungszustand dünner PbS-Filme auf TiS2 -Substrat-Oberflächen quantitativ aufgeklärt werden, d. h. die Atomanordnungen an den Grenzflächen und die Orientierungsbeziehung zwischen Substrat und Schichtkristall beim Kristallwachstum
ermittelt werden. Eine erste Veröffentlichung dieser Resultate ist eingereicht (E. Spiecker Forschungsaufenthalt NCEM
Berkeley USA, Kooperation: Prof. L. Kipp IEAP CAU Kiel).
4. Quantitative TEM-Charakterisierung von Multilagensystemen für Röntgenoptiken
Masterarbeit Yumei Xie (jetzt Siemens München), Masterarbeit Ayse Evrim Örs (jetzt Doktorandin ETH Zürich), D. Häuÿler,
E. Spiecker, ISH-HWT-Förderung einer Kooperation mit dem Unternehmen INCOATEC GmbH, Geesthacht; Kooperationen
Dr. Stoermer GKSS Forschungszentrum Geesthacht, Dr. Zwicker Fraunhofer-Institut ISiT Itzehoe
Die Arbeiten in diesem Themenbereich befassen sich mit der Weiterentwicklung unserer nanoanalytischen Methode der
geometrischen Phasenanalyse (GPM) zur Charakterisierung der Perfektion von periodischen Multilagensystemen und der
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Anwendung von Methoden der analytischen TEM bei der Charakterisierung von Nanomaterialien für Röntgenoptiken. In
einer technologieorientierten Zusammenarbeit werden dabei die Strukturen von Schichtsystemen mit RöntgenreflexionsEigenschaften untersucht, charakterisiert und Unterstützung bei der Optimierung von Prozessen zur Entwicklung von
kommerziell nutzbaren Filtern für die Röntgenanalytik geleistet.
Aktuelle Arbeiten in 2005:
- Ultradünne Vielfachschichten wurden mit zwei unterschiedlichen Verfahren auf planaren Si-Substraten und auf
strukturiertem Silizium hergestellt. Die Strukturcharakterisierungen mittels TEM halfen bei der Auswahl des optimierten
Prozesses für die Herstellung von Filtern mit hoher Energieauflösung auf der Basis von La-B4 C und Mo-B4 C.
- Die nanoanalytische Methode der geometrischen Phasenanalyse wurde bei periodischen Ru-C-Multilagenschichtsystemen
zur hochpräzisen Ermittlung der entscheidenden Qualitätsparameter aus TEM-Abbildungen von Probenquerschnitten
angewendet.
Abb. 2: a) Mo-B4 C Multischichten auf planarem Si(011) Substrat: TEM-Abbildung eines Probenquerschnittes (D.
Häuÿler). b) Hochpräzise Bestimmung der Schichtorientierung mittels der GPM-Methode (D. Häuÿler). Förderung durch
HWT-Programm der Innovationsstiftung Schleswig-Holstein.
5. Wachstum und Defekte bei der Halbleiter-Heteroepitaxie
Diplomarbeit / Dissertationsvorhaben J. Schöne; E. Spiecker / Kooperation: Dr. A. Bett Fraunhofer-Institut für Solare
Energiesysteme ISE Freiburg/ Förderungen: DBU-Doktorandenstipendium, CAU)
Mit diesem Projekt wurde neu begonnen, prozessbegleitende Strukturuntersuchungen von heteroepitaktischen Dünnschichtsystemen durchzuführen, um einen Beitrag zur Weiterentwicklung und Optimierung der Herstellungskonzepte für
hocheffiziente Solarzellen aus III-V Verbindungshalbleitern mit höchsten Wirkungsgraden zu leisten. Maximale Effizienzen
von Stapelsolarzellen aus III-V-Halbleitern mit drei pn-Übergängen werden mit metamorphen Schichtstrukturen aus
GaInP/GaInAs/Ge erzielt. Die Herstellung von gitterfehlangepassten Schichtstrukturen hoher Qualität erfordert die Kontrolle
und Optimierung der Schichtwachstumsparameter. Bei gitterfehlangepasstem Wachstum auf den Germanium-Substraten
entstehen Spannungen, die ab einer gewissen Schichtdicke durch den Einbau von so genannten Fehlanpassungsversetzungen relaxieren. Versetzungen in den aktiven Schichten der Solarzellenstrukturen bilden starke Rekombinationszentren
für Minoritätsladungsträger und wirken sich daher negativ auf die Diffusionslängen der Ladungsträger aus und verringern
somit die Effizienz der Solarzellen. Durch Verwendung geeigneter Pufferschichten kann die Gitterkonstante stufenweise
oder kontinuierlich angepasst werden und somit auch die Schichtqualität verbessert werden. Wichtige Ziele der Arbeiten
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bestehen in der Analyse von Versetzungsnetzwerken und von Restspannungen in den Pufferschichten sowie in der
Verbesserung und Optimierung des GaInAs-Pufferwachstums auf Germanium.
Aktuelle Arbeiten in 2005:
Die Mikrostruktur von GaInP/GaInAs/Ge-Heterostrukturen für Tripelsolarzellen wurde mittels hochauflösender Methoden
der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und der Röntgenbeugung charakterisiert. Die bisherigen Arbeiten führten
zu ersten Ergebnissen, die für die weiteren Arbeiten auch in technologischer Hinsicht vielversprechend sind. Hier einige
wesentliche Ergebnisse in Stichworten:
- Aufklärung der Versetzungsentstehung für unterschiedliche Bedingungen des kristallinen Schichtwachstums
- Aufklärung des Mechanismus des Kristallwachstums von polaren Ga(In)As-Schichten auf Germanium unter Verwendung
unseres TEM-Verfahrens zur Polaritätsanalyse
- erfolgreiche Charakterisierung und Herstellung von Pufferschichtstrukturen, für die eine Versetzungsbildung in den
Solarzellenschichten unterdrückt wird
- erste Identifizierung von Schichtwachstumsbedingungen, die für eine Erhöhung des Solarzellenwirkungsgrades geeignet
sind.
Abb. 3: a) TEM-Hellfeld-Abbildungen einer Ga1−x Inx As/Ge Pufferschichtstruktur. Die Anordnungen der Versetzungen in
den Einzelschichten und Grenzflächen können in TEM-Proben, die mittels einer Schrägschliff-Methode hergestellt werden,
detailliert untersucht werden. b) Asymmetrische (224) reciprocal space map der Solarzellenschichtstruktur. Die
In-plane-Schichtspannungsrelaxation kann aus der Differenz ∆220 bestimmt werden. Kooperation Fraunhofer Institut für
Solare Energiesysteme Freiburg.
6. Nanostrukturen und Grenzflächen in kristallinen Halbleitermaterialien
E. Spiecker, D. Häuÿler, Studienarbeit M. Rudel; Studienarbeit R. Bock; Kooperation: Prof. Föll, M. Leisner, Förderung CAU
Grundlegende Untersuchungen, die auf ein Verständnis der die Grenzflächeneigenschaften von Nanostrukturen bestimmenden materialphysikalischen Parameter zielen, sind in Hinblick auf deren mögliche Anwendung in den Bereichen
Optoelektronik, photonische Kristalle und Mikrostrukturierung von Interesse.
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Aktuelle Untersuchungen in 2005:
- Untersuchungen zur Nanoporenbildung bei elektrochemischer Ätzung von einkristallinen InP-Halbleitermaterialien und
Analysen der Grenzflächenpolarität konnten einen entscheidenden Beitrag zur Aufklärung der Porenwachstumsmechanismen
leisten. Dabei wurde die von uns entwickelte Methode der Elektronenbeugung mit konvergentem Strahl (englisch: convergent
beam electron diffraction, CBED) zur Bestimmung der Polarität von III-V-Verbindungshalbleitern zur hochauflösenden
Charakterisierung der Grenzflächenpolarität erfolgreich angewendet (E. Spiecker, Studienarbeit M. Rudel).
- Die Methoden der TEM wurden in Verbindung mit Kippexperimenten zur Untersuchung von Geometrie und
Grenzflächenmorphologie nanoskaliger Poren in Germanium eingesetzt mit dem Ziel, Aufschlüsse über die in diesen
Materialien typischen Grenzflächenmorphologien und die sie bestimmenden Faktoren zu bekommen (E. Spiecker,
Studienarbeit R. Bock).
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. Wolfgang Jäger; Sekretariat: Katrin Brandenburg (50%)
Technisches Personal: Dr. Dietrich Häuÿler
Dipl.-Phys. Magnus Garbrecht
01.11.-31.12.2005
DFG
DFG-Forschergruppe, Elektronenmikroskopie von Chalkogenid-Schichtsystemen: Wachstum und Grenzflächenphänomene
Dipl.-Ing. Stefan Hollensteiner
01.01.-30.06.2005
DFG
DFG-Forschergruppe, Elektronenmikroskopie von Chalkogenid-Schichtsystemen: Grenzflächenphänomene
M. Sc. Fu Liu
01.11.-31.12.2005
Transmissionselektronenmikroskopie von Nanomaterialien
Dipl.-Ing. Jan Schöne
ISH (Förderprogramm HWT)
01.08.-31.12.2005
DBU
DoktorandenStipendium
Charakterisierung und Optimierung von Kaskadensolarzellen aus III-V Halbleitern mittels TEM, HRXRD und AFM
(Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme Freiburg, Arbeitsgruppe Dr. A. Bett)
Dr. Erdmann Spiecker (wiss. Assistent)
01.01.-31.12.2005
Transmissionselektronenmikroskopie von Funktionsmaterialien
Winter 2004/2005
Materials Analysis I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Wolfgang Jäger
Practical Transmission Electron Microscopy - Praktische Transmissionselektronenmikroskopie, 1 (+2) Std. Vorlesung
(+ Übungen)/Woche,
Erdmann Spiecker
Analytical Methods in Materials Research, 2 Std. Seminar/Woche,
Wolfgang Jäger (+ Erdmann Spiecker)
Forschergruppenkolloquium WS 04/05, 1 Std. Seminar/Woche,
Wolfgang Jäger (+ Richard Berndt, Wulf Depmeier, Franz Faupel, Olaf Magnussen, Lutz Kipp)
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Wolfgang Jäger (+ Franz Faupel, Helmut Föll, Werner Weppner)
Kai Dolgner (+ Klaus Rätzke, Franz Faupel, Helmut Föll, Wolfgang Jäger, Werner Weppner)
almanach 05
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Microscopy with Electrons I - Mikroskopie mit Elektronen I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Wolfgang Jäger
Sommer 2005
Materials Analysis II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Wolfgang Jäger
Electron Microscopy II - Mikroskopie mit Elektronen II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Wolfgang Jäger
Microstructure Research of Thin Films and Nanostructures, 2 Std. Seminar/Woche,
Wolfgang Jäger (+ Erdmann Spiecker)
Wolfgang Jäger (+ Franz Faupel, Helmut Föll, Werner Weppner)
Seminar für Festkörperphysik und Materialwissenschaft (Schwerpunkt im SS: Festkörperoberflächen und Grenzflächen), 1
Std. Seminar/Woche,
Wolfgang Jäger (+ Franz Faupel, Richard Berndt, Lutz Kipp, Olaf Magnussen)
Wolfgang Jäger (+ Kai Dolgner, Klaus Rätzke, Werner Weppner, Franz Faupel, Marlies Schwitzke, Klaus Rätzke)
Defects in Crystals, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Erdmann Spiecker
Winter 2005/2006
Materials Analysis I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Wolfgang Jäger
Microscopy with Electrons I - Mikroskopie mit Elektronen I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
Wolfgang Jäger
Analytical Methods in Materials Research, 2 Std. Seminar/Woche,
Wolfgang Jäger
Forschergruppenkolloquium WS 05/06, 1 Std. Seminar/Woche,
Wolfgang Jäger (+ Richard Berndt, Wulf Depmeier, Franz Faupel, Olaf Magnussen, Lutz Kipp)
Wolfgang Jäger (+ Franz Faupel, Helmut Föll, Werner Weppner, Kai Dolgner)
Drittmittel
DFG, Forschergruppe: Wachstum und Grenzflächeneigenschaften von Sulfid- und Selenid-Schichtstrukturen, TP 8,
01.11.2002-30.06.2005 (60252 EUR)
DFG, Forschergruppe: Chalkogenid-Schichtstrukturen: Wachstum und Grenzflächenphänomene, TP 8,
01.07.2002-31.12.2005 (94346 EUR)
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DFG, Forschergruppe: Chalkogenid-Schichtstrukturen: Wachstum und Grenzflächenphänomene, TP 8,
01.07.2004-31.12.2005 (62305 EUR)
ISH, TEM von ultradünnen Multilagen auf Silizium-Substraten und Gratings, 01.01.2005-31.12.2006 (129190 EUR)
Feodor Lynen Forschungsstipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung, für Herrn Dr. E. Spiecker für
Forschungsaufenthalt im Rahmen einer Forschungskooperation am National Center for Electron Microscopy
(NCEM), Lawrence Berkeley National Laboratories (LBL), in Berkeley / California, U. S. A.,
01.08.2005-31.07.2006 (xxx EUR)
DBU Doktoranden-Stipendium, für Herrn Dipl.-Ing. Jan Schöne, Thema: Charakterisierung und Optimierung von
Kaskadensolarzellen aus III-V Halbleitern mittels TEM, HRXRD und AFM; Betreuender Hochschul-Lehrer Prof. Dr. W.
Jäger, Kooperation mit FhG-ISE Freiburg, 01.01.-31.12.2005 (xxx EUR)
CAU International Center, Wissenschaftler Austausch mit China, Zusammenarbeit mit der Zhejiang University Hangzhou,
VR China, Frau M.Sc. Fu Liu, 01.04.-30.09.2005 (xxx EUR)
Die Abteilung Mikrostrukturanalytik hat auch in 2005 Arbeiten für die Industrie, für Hochschulgruppen und für
externe Forschungseinrichtungen im Rahmen des Technologietransferangebotes durchgeführt. Schwerpunkte lagen bei der
Strukturcharakterisierung von Dünnschichtsystemen und Grenzflächen, von Oberflächen, von Nanomaterialien und bei der
Defektanalyse und bei der Optimierung und Qualitätskontrolle von Funktionsschichten. Einige Partner und Themen in
2005 sind im Folgenden aufgeführt:
Industrie
INCOATEC GmbH Geesthacht, Zusammenarbeit gefördert durch HWT-Förderprojekt der ISH (siehe auch Ergebnisdarstellung):
TEM-Untersuchungen von ultradünnen Schichten
Bio-Gate Bioinnovative Materials GmbH, Bremen: TEM-Untersuchungen von Nanopartikel-Materialien
Hochschulen
Verschiedene wissenschaftliche Zusammenarbeiten mit Arbeitsgruppen in der CAU: Prof. Dr. W. Bensch, Prof. Dr. M. Czank,
Prof. W. Depmeier, Prof. Dr. F. Faupel, Prof. Dr. H. Föll, Prof. Dr. L. Kipp
Gemeinsame Antragstellungen mit Bezug zu Technologietransfer, CAU Technische Fakultät und MathematischNaturwissenschaftliche Fakultät: Prof. Dr. R. Berndt, Prof. Dr. F. Faupel, Prof. Dr. O. Magnussen
Unterstützung verschiedener wissenschaftlicher Arbeiten von Arbeitsgruppen in der CAU: Prof. Dr. W. Bensch, Prof. Dr. M.
Czank, Prof. W. Depmeier, Prof. Dr. F. Faupel, Prof. Dr. H. Föll, Dr. A. Krüger
CAU Technische Fakultät, Unterstützung von Master-, Diplom- und Doktorarbeiten: Einweisung in die Methoden zur
Präparation von TEM-Proben (AG Faupel, AG Föll)
CAU Technische Fakultät: Einweisung von Doktoranden in die Nutzung von TEM (AG Faupel)
Fachhochschule Kiel, Prof. Dr. M. Es-Souni: Einweisung in die Methoden zur Präparation von TEM-Proben und Einweisung
in die Methoden der TEM
CAU Technische Fakultät, Prof. Dr. H. Föll: Wissenschaftliche Kooperation / Studienarbeit: Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen der Morphologie elektrochemisch geätzter Poren in Ge
Forschungsinstitute
Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISiT), Itzehoe, Dr. P. Lange, Dr. P. Merz, Dr. B. Wagner, Kooperation /
Master-Arbeit: TEM-Charakterisierung für die Entwicklung von Sensormaterialien
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Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), Freiburg, Dr. A. Bett, wissenschaftliche Kooperation / Diplom-Arbeit:
GaInP/GaInAs/Ge-Heterostrukturen für Tripelsolarzellen: Mikrostrukturuntersuchungen mittels Transmissionselektronenmikroskopie und hochauflösender Röntgenbeugung; TEM-Charakterisierung von diffusionsinduzierten Defekten in
Gallium-Antimonid
Forschungszentrum Jülich, Institut für Festkörperforschung, Dr. H. Schroeder, wissenschaftliche Kooperation / Studienarbeit
und Diplomarbeit: TEM-Untersuchungen der Metalldeposition auf Oberflächen von Chalkogenid-Schichtkristallen
GKSS Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Institut für Werkstoffforschung, Geesthacht, Dr. M. Stoermer / Prof. Dr. R.
Bormann, wissenschaftliche Kooperation: TEM-Charakterisierung von Nanoschichten für die Röntgenoptik
GKSS Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Institut für Werkstoffforschung, Geesthacht, Prof. Dr. R. Bormann: Vorarbeiten
für die Antragstellung für eine gemeinsames Drittmittel-Projekt: Analytische TEM von Nanopulvermaterialien für die
Katalyse
NINa-Initiative Nanotechnologie der Innovationsstiftung Schleswig-Holstein
Die Kontakte mit der Industrie wurden auch im Rahmen von Vorträgen und Veranstaltungen intensiviert. Dazu
gehörten ein Vortrag beim 1. Schwerpunkt-Treffen der Norddeutschen Initiative Nanomaterialien der Innovationsstiftung
Schleswig-Holstein (ISH-NINa) in Schleswig, Schleswig-Holstein (17.-18.5.2005) und das mit mehr als 50 Teilnehmern
aus Hamburg und Schleswig-Holstein auÿerordentlich gut besuchte 2. Schwerpunkt-Treffen der ISH-Initiative NINa
Nanoanalytik für Forschung und Industrie in der Technischen Fakultät (Gastgeber / Organisation Prof. Dr. W. Jäger) am
7.12.2005.
J. Schöne, GaInP/GaInAs/Ge-Heterostrukturen für Tripel-Solarzellen: Mikrostrukturuntersuchungen mittels
Transmissionselektronenmikroskopie und hochauflösender Röntgenbeugung; jetzt: Doktorand
Mikrostrukturanalytik TF, CAU Kiel, Koop. FhG-ISE Freiburg (Stipendiat DBU), 31.03.2005
S. Rajagopalan, Transmission electron microscopy investigations of semiconductor layer systems, 21.07.2005
Ayse Evrim Örs, Multilayer systems for X-ray optics: microstructure characterizations of ultrathin Ru-C multilayers by
cross-section TEM; jetzt Doktorandin ETH Zürich Schweiz, 14.11.2005
Yumei Xie, Multilayer systems for X-ray optics: Transmission electron microscopy characterization of sputter-deposited
Ru/C multilayers on planar Si (001) substrates; jetzt: Siemens München, 25.11.2005
Frank Dietz, Elektronenmikroskopische Untersuchungen der Nukleation von Au-Nanostrukturen an Faltennetzwerken
auf VSe2-Schichtkristallen; jetzt: Fraunhofer ISiT Itzehoe, 23.12.2005
Veröffentlichungen
D. Häuÿler, E. Spiecker, S. Yang, W. Jäger, M. Störmer, R. Bormann, G. Zwicker, TEM characterization of La-B4C
multilayer systems by the geometric phase method, physica status solidi a, 202 (12), 2299 - 2308 (2005)
E. Spiecker, M. Rudel, W. Jäger, M. Leisner, H. Föll, Morphology, interface polarity and branching of electrochemically
etched pores in InP, physica status solidi a, 202 (15), 2950 - 2962 (2005)
S. Hollensteiner, E. Spiecker, W. Jäger, Metal-Induced Nanostructures on Surfaces of Layered Chalcogenides, Applied
Surface Science, 241, 49 - 55 (2005)
S. Hollensteiner, W. Sigle, E. Spiecker, W. Jäger, Combined EELS, EDX and STEM investigations of Cu-induced
nanostructures and thin surface layer phases, Z. Metallkunde, 96, 888 - 893 (2005)
E. Spiecker, L. Zhang, H.M. Lu, W. Jäger, L. Vescan, Transmission Electron Microscopy Investigations of Low-Pressure
CVD Growth and Strain Relaxation of Ge Islands on Si (110), Acta Metallurgica Sinica (English Letters) Vol. 18, 3,
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187
almanach 05
tf
427 - 432 (2005)
H.M. Lu, E. Spiecker, W. Jäger, L. Vescan, The Influence of Island-Induced Strain on the Si Surface Morphology in Ge-Si
Multilayers: A Transmission Electron Microscopy Study, Acta Metallurgica Sinica (English Letters) Vol. 18, 3, 228 236 (2005)
E. Spiecker, Novel TEM Methods for Large-Area Analysis of Misfit Dislocation Networks in Semiconductor
Heterostructures, Proceedings Microscopy of Semiconducting Materials MSM 2005, Oxford UK, 10. - 14.04.2005,
(2005)
E. Spiecker, S. Hollensteiner, W. Jäger, A. Schmid, A. Minor, U. Dahmen, Nanofold network formation on layered crystal
surfaces, Proceedings Microscopy Conference 2005 (Davos Switzerland), p. 285; Publisher: Paul Scherrer Institut PSI
Proceedings 05-01 August 2005 ISSN 1019-6447, (2005)
E. Spiecker, M. Rudel, W. Jäger, M. Leisner, H. Föll, Interface Polarity and Shapes of Electrochemically Etched Pores in
InP, Proceedings Microscopy Conference 2005 (Davos Switzerland), p. 322; Publisher: Paul Scherrer Institut PSI
Proceedings 05-01 August 2005 ISSN 1019-6447, (2005)
D. Häuÿler, E. Spiecker, W. Jäger, M. Störmer, C. Michaelsen, J. Wiesmann, G. Zwicker, Quantitative TEM
characterizations of complex multilayer systems on structured silicon substrates, Proceedings Microscopy Conference
2005 (Davos Switzerland), p. 272; Publisher: Paul Scherrer Institut PSI Proceedings 05-01 August 2005 ISSN
1019-6447, (2005)
W. Jäger, E. Spiecker, S. Hollensteiner, F. Dietz, L. Kipp, H. Schroeder, U. Dahmen, W. Sigle, Self-Assembled
Nanostructure Networks on Surfaces of Layered Crystals, Microsc. Microanal. 200 (Suppl. 2), 11, (2005)
S. Hollensteiner, W. Sigle, E. Spiecker, W. Jäger, STEM and ELNES investigations of Cu-rich layers and nanostructures
formed on VSe2 crystal surfaces by metal deposition, Proceedings Microscopy Conference 2005 (Davos Switzerland),
p. 232; Publisher: Paul Scherrer Institut PSI Proceedings 05-01 August 2005 ISSN 1019-6447, (2005)
A.W. Bett, C. Baur, F. Dimroth, J. Schöne, Metamorphic GaInP-GaInAs Layers for Photovoltaic Applications, Mat. Res. Soc.
Symp. Proc. L Vol. 836, (2005)
E. Spiecker, S. Hollensteiner, W. Jäger, H. Haselier, H. Schroeder, Self-Assembled Nanostructures on VSe2 Surfaces
induced by Cu Deposition, Microscopy and Microanalysis, 11, 456 - 471 (2005)
Präsentationen
D. Häuÿler, S. Yang, E. Spiecker, W. Jäger, M. Störmer, G. Zwicker, Quantitative TEM-Charakterisierung komplexer
Schichtsysteme mit Hilfe der geometrischen Phasenmethode, Jahrestagung der DGK, DGKK und NKK-ÖAW 2005,
Köln, Germany, 28.02.-04.03.2005
J. Schöne, Transmissionselektronenmikroskopie und hochauflösende Röntgendiffraktometrie an GaInP/GaInAs/Ge Heterostrukturen für Tripel Solarzellen, Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft DPG 2005,
Berlin, Germany, 04.-09.03.2005
F. Dietz, Effects of gold deposition on Cu-induced surface nanostructures on VSe2 layered crystals, Frühjahrstagung der
Deutschen Physikalischen Gesellschaft DPG 2005, Berlin, Germany, 04.-09.03.2005
E. Spiecker, Novel TEM Methods for Large-Area Analysis of Misfit Dislocation Networks in Semiconductor
Heterostructures, Microscopy of Semiconducting Materials MSM 2005 (eingeladener Vortrag), Oxford, United
Kingdom, 10.-14.04.2005
E. Spiecker, M. Rudel, M. Leisner, S. Langa, W. Jäger, Interface Polarity and Shapes of Pores in InP, Microscopy of
Semiconducting Materials MSM 2005, Oxford, United Kingdom, 10.-14.04.2005
D. Häuÿler, S. Yang, E. Spiecker, W. Jäger, M. Störmer, G. Zwicker, Quantitative TEM-Charakterisierung komplexer
Schichtsysteme mit Hilfe der geometrischen Phasenmethode, 1. Schwerpunkttreffen der Norddeutsche Initiative
Nanomaterialien (ISH-NINa), Schleswig, Germany, 17.-18.05.2005
W. Jäger, Nanoanalytik mit Elektronen - Methoden und Anwendungen in Material- und Oberflächenforschung, 1.
Schwerpunkttreffen der Norddeutsche Initiative Nanomaterialien (ISH-NINa) (eingeladener Vortrag), Schleswig,
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Germany, 17.-18.05.2005
E. Spiecker, S. Hollensteiner, W. Jäger, A.K. Schmid, A. Minor, U. Dahmen, Self-organized nanofold networks on layered
crystal surfaces, Int. Conf. European Materials Research Society, E-MRS 2005, Strasbourg, France,
31.05.-03.06.2005
W. Jäger, S. Hollensteiner, E. Spiecker, F. Dietz, L. Kipp, H. Schroeder, H. Gnaser, W. Sigle, Surface phenomena induced
by metal deposition on layered chalcogenides, Int. Conf. Electron Microscopy of Solids EMS 2005 (eingeladener
Vortrag), Warsaw / Kasimierz Dolny, Poland, 05.-09.06.2005
W. Jäger, Self-Assembled Nanostructure Networks on Surfaces of Layered Crystals, Int. Conf. Embedded Nanomaterials
PICS 2005 (eingeladener Vortrag), Marseille, France, 15.-18.06.2005
E. Spiecker, S. Hollensteiner, W. Jäger, A.K. Schmid, A.M. Minor, U. Dahmen, Faltenwurf auf Nanoskala: Ein spannendes
und entspannendes Phänomen an Schichtkristalloberflächen, Kolloquium des IV. Physikalischen Instituts der
Georg-August-Universität Göttingen (eingeladener Vortrag), Göttingen, Germany, 16.06.2005
E. Spiecker, S. Hollensteiner, W. Jäger, A.K. Schmid, A.M. Minor, U. Dahmen, Metallinterkalation und Nanofaltenbildung
an Schichtkristalloberflächen, Kolloquium der Forschergruppe 353 Wachstum und Grenzflächeeigenschaften von
Sulfid- und Selenid-Schichtstrukturen, Kiel, Germany, 07.07.2006
W. Jäger, High-Resolution Transmission Electron Microscopy of Nanomaterials and Interfaces, Kolloquium
Werkstoffwissenschaften Universität Siegen (eingeladener Vortrag), Siegen, Germany, 11.07.2005
W. Jäger, E. Spiecker, S. Hollensteiner, F. Dietz, L. Kipp, H. Schroeder, U. Dahmen, W. Sigle, Self-Assembled
Nanostructure Networks on Surfaces of Layered Crystals, nt. Conf. Microscopy and Microanalysis MM 2005
(eingeladener Vortrag), Honolulu Hawaii, U. S. A., 31.07.-04.08.2005
E. Spiecker, M. Rudel, W. Jäger, M. Leisner, H. Föll, Interface Polarity and Shapes of Electrochemically Etched Pores in
InP, Int. Microscopy Conference 2005, Davos, Switzerland, 28.08.-02.09.2005
E. Spiecker, S. Hollensteiner, W. Jäger, A.K. Schmid, A. Minor, U. Dahmen, Nanofold network formation on layered
crystal surfaces, Int. Microscopy Conference 2005, Davos, Switzerland, 28.08.-02.09.2005
D. Häuÿler, E. Spiecker, W. Jäger, M. Störmer, C. Michaelsen, J. Wiesmann, G. Zwicker, Quantitative TEM
characterizations of complex multilayer systems on structured silicon substrates, Int. Microscopy Conference 2005,
Davos, Switzerland, 28.08.-02.09.2005
S. Hollensteiner, W. Sigle, E. Spiecker, W. Jäger, STEM and ELNES investigations of Cu-rich layers and nanostructures
formed on VSe2 crystal surfaces by metal deposition, Int. Microscopy Conference 2005, Davos, Switzerland,
28.08.-02.09.2005
J. Schöne, Hocheffiziente Kaskadensolarzellen aus III-V Halbleitern: Untersuchungen von Schichtwachstums-Konzepten
mittels TEM, HRXRD und AFM, Sehlendorf-Seminar IEAP der CAU, Sehlendorf, Germany, 07.-09.09.2005
E. Spiecker, A Novel TEM-Method for Large-Area Analysis of Misfit Dislocation Networks in Semicondcutor
Heterostructures, Seminar des National Centers for Electron Microscopy (NCEM), Lawrence Berkeley National
Laboratory (eingeladener Vortrag), Berkeley / California, U. S. A., 08.09.2005
E. Spiecker, S. Hollensteiner, W. Jäger, A.K. Schmid, A. Minor, U. Dahmen, Nanofold network formation on layered
crystal surfaces, Int. Conf. Frontiers of Electron Microscopy in Materials Science FEMMS 2005, Vaals, Netherlands,
25.-30.09.2005
D. Häuÿler, E. Spiecker, W. Jäger, M. Störmer, R. Bormann, C. Michaelsen, J. Wiesmann, G. Zwicker, Quantitative TEM
characterizations of multilayer systems on structured silicon substrates, Int. Conf. Frontiers of Electron Microscopy in
Materials Science FEMMS 2005, Vaals, Netherlands, 25.-30.09.2005
F. Liu, X.B. Zhang, W. Jäger, D. Häuÿler, X.Y. Tao, J.P. Cheng, G.F. Yi, S.M. Zhou, TEM characterizations of novel
metal-filled carbon nanotubes, Int. Conf. Frontiers of Electron Microscopy in Materials Science FEMMS 2005, Vaals,
Netherlands, 25.-30.09.2005
F. Liu, X.B. Zhang, W. Jäger, D. Häuÿler, G.F. Yi, J.P. Cheng, X.Y. Tao, Z.Q. Luo, S.M. Zhou, TEM characterizations of
multi-wall carbon nanotubes supported metal and metal oxide particles, Int. Conf. Frontiers of Electron Microscopy in
Materials Science FEMMS 2005, Vaals, Netherlands, 25.-30.09.2005
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E. Spiecker, Strain Relaxation in Thin Films: Bridging Length Scales with Electron Microscopy Methods, Physikalisches
Kolloquium des Max-Planck-Instituts für Metallforschung (eingeladener Vortrag), Stuttgart, Germany, 17.10.2005
E. Spiecker, A.K. Schmid, A.M. Minor, U. Dahmen, S. Hollensteiner, W. Jäger, Self-assembled Nanofold Network
Formation on Layered Crystal Surfaces during Metal Deposition, Kolloquium des SFB 569 Hierarchische
Strukturbildung und Funktion Organisch-Anorganischer Nanosysteme (eingeladener Vortrag), Ulm, Germany,
18.10.2005
W. Jäger, Nanaoanalytik mit analytischer TEM für Forschung und Industrie, 2. Schwerpunkttreffen der Norddeutsche
Initiative Nanomaterialien (ISH-NINa) (eingeladener Vortrag), Kiel, Germany, 07.12.2005
W. Jäger, Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie von Nanomaterialien und Grenzflächen, Kolloquium
Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme Freiburg und Freiburger Materialforschungszentrum (eingeladener
Vortrag), Freiburg, Germany, 16.12.2005
Feodor-Lynen-Forschungsstipendium der Alexander-von-Humboldt-Stiftung: Herr Dr. Erdmann Spiecker hat ein
Forschungsstipendium für einen Forschungsaufenthalt am National Center for Electron Microscopy (NCEM), Lawrence
Berkeley National Laboratories (LBL), in Berkeley/ California, U. S. A. (01.08.2005 - 31.07.2006) erhalten (siehe auch
Physik Journal 5(3), 34 (2006)).
Prof. Dr. Werner Petersen-Preis der Technik 2005: Herr Dipl.- Ing. Jan Schöne hat für seine Diplomarbeit am
26. November 2005 bei der Verleihung der Prof. Werner Petersen-Preise der Technik 2005 den 1. Preis erhalten
(Kieler Nachrichten vom 30.11.2005, Pressemitteilung VDE Region Nord vom 25.11.2005). Die Prof. Dr. Werner
Petersen-Stiftung vergibt die Preise der Technik jedes Jahr für hervorragende Diplom- und Masterarbeiten auf den Gebieten
der Ingenieurwissenschaften in Hamburg, Mecklenburg-Vorpommern und Schleswig-Holstein.
Physica status solidi a 202 (15) 2005 - Editors' choice of title page: Die Ergebnisse der Publikation Morphology,
interface polarity and branching of electrochemically etched pores in InP (Autoren: E. Spiecker, M. Rudel, W. Jäger, M.
Leisner, H. Föll) wurden von den Herausgebern der international renommierten Fachzeitschrift Physica status solidi für die
Gestaltung der Titelseite ausgewählt.
Nanoanalytik mit Elektronen (TEM) für die Material- und Oberflächenforschung:
Mit dem fakultätsübergreifenden Innovationsfonds-Projekt (Initiative und Federführung Prof. W. Jäger) beabsichtigt die
CAU, durch die Beschaffung eines analytischen Feldemissions-Transmissionselektronenmikroskopes mit verschiedenen
Verfahren zur Nanoanalytik von Materialien einen Kernbeitrag zu einer Schwerpunktsetzung in den Bereichen
Materialforschung, Oberflächenforschung, Nanowissenschaften und Nanosystemtechnik zu leisten (siehe auch CAU
Struktur- und Entwicklungsplan STEP 2006-2010). Nach ausschlieÿlich positiven Begutachtungen (darunter ein
HBFG-artiges DFG-Begutachtungsverfahren) wird das Projekt nun mit finanzieller Unterstützung des Ministeriums für
Wissenschaft, Wirtschaft und Verkehr des Landes Schleswig-Holstein, der Innovationsstiftung Schleswig-Holstein und des
Fraunhofer-Institutes für Siliziumtechnologie realisiert werden (Gesamtumfang 2,4 Mio. EUR). Die Zuwendungsbescheide
wurden am 12.12.2005 durch den Minister für Wissenschaft, Wirtschaft und Verkehr Dietrich Austermann und durch den
Vorstand der Innovationsstiftung Schleswig-Holstein Prof. H.-J. Block überreicht (Kieler Nachrichten vom 13.12.2005).
Noch in 2005 konnten die Vorarbeiten und die Verhandlungen mit den Hersteller-Firmen mit einem auÿerordentlich
positiven Ergebnis abgeschlossen und das Beschaffungsverfahren für die Geräteausstattung eingeleitet werden. Die CAU
hat damit den Anschluss an die internationalen Entwicklungen in diesem Bereich der modernen Materialanalytik geschafft
und wird eine auch im nationalen und internationalen Vergleich wettbewerbsfähige Geräteausrüstung für Forschung,
Ausbildung und Technologietransfer zur Verfügung haben.
Gastwissenschaftler 2005 (Partnerschaft CAU / Zhejiang University, Hangzhou, China):
Frau Sen. Eng. M. Sc. Fu Liu (Zhejiang University und State Key Laboratory for Silicon Technology, Hangzhou, China) hat in
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der Zeit vom 01.04. - 30.09.2005 einen Forschungsaufenthalt als Gastwissenschaftlerin in der AG Mikrostrukturanalytik
verbracht. Ihre Arbeiten befassten sich mit Anwendungen der Transmissions-Elektronenmikroskopie zur Charakterisierung
von Nanopartikel-CNT-Kompositmaterialien.
Gemeinsame Antragstellungen im Rahmen des SFB-Vorantrages Funktion durch Schalten - Projektvorschlag
C8 Dr. E. Spiecker, Dr. D. Häussler, Prof. Dr. Wolfgang Jäger
Nanopartikel mit Schaltfunktion: Quantitative Strukturuntersuchungen mit den Methoden der analytischen TEM
Organisation regionaler und internationaler Tagungen Prof. Dr. Wolfgang Jäger
Member of the International Advisory Board of the International Conference on Electron Microscopy of Solids EMS2005,
Warsaw / Kasimierz Dolny, Poland, 05.- 09.06.2005, www.ite.waw.pl/em2005
Chairman and Organisation of Symposium Composites and self-assembled nanomaterials of the International Microscopy
Congress IMC-16 Sapporo, Japan 2006, invitation by S. Ijima, Chairman of Congress, www.imc16.jp
Session Chair at International Conference on Electron Microscopy of Solids EMS 2005, Warsaw / Kasimierz Dolny, Poland,
05.- 09.06.2005
Organisator und Gastgeber des 2. Schwerpunkt-Treffens Nanoanalytik für Forschung und Industrie der Norddeutschen
Initiative Nanomaterialien der Innovationsstiftung Schleswig-Holstein (ISH-NINa), Veranstaltung in der TF am 07.12.2005
mit mehr als 50 Teilnehmern aus Schleswig-Holstein und Hamburg, www.cau-intern.uni-kiel.de/018
Gutachtertätigkeiten Prof. Dr. Wolfgang Jäger
Verschiedene Gutachtertätigkeiten für Forschungsgeldgeber (DFG, AvH, ...).
Gutachtertätigkeiten für mehrere internationale wissenschaftliche Fachzeitschriften (APL, JAP, JMSC, JCG, Science, ZfM, ...).
Fachliche Begutachtungen im Ausland (FNSNF Schweiz).
Promotionsverfahren / Habilitationsverfahren im Inland.
Universitätsgremien Prof. Dr. Wolfgang Jäger
Vorsitz des Prüfungsausschusses / Studienausschusses der Materialwissenschaft (seit Okt. 2004) und Beiträge zu
Entwicklung und Akkreditierung des Bachelor-Studienganges
CAU TF Berufungskommission Nachfolge Professor Weppner
CAU TF Berufungskommission Nachfolge Professor Heuberger
CAU MNF Berufungskommission Professur Plasmaphysik
Teilnahme an der Sitzung des Vorstandes der S.-H. Universitätsgesellschaft, 30.04.2005
Vorstellung der Technischen Fakultät / der internationalen Master-Studiengänge der Technischen Fakultät für eine
Delegation von Professoren aus Shanghai, China, und für Gäste aus dem Multimedia-Campus Kiel, gemeinsam mit Prof.
Dr. F.W. Fuchs
Aktivitäten für Schulen Prof. Dr. Wolfgang Jäger
Vorträge mit Informationsbeiträgen zu den Studiengängen der TF:
CAU Night of the Profs 2005, 25.11.2005 Faszination Nanokosmos - mit Elektronen zu den Grenzen des Sichtbaren
CAU IEAP Saturday Morning Physics SMP 2005, 26.11.2005 Faszination Nanokosmos - mit Elektronen zu den Grenzen
des Sichtbaren
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CAU TF Girl s Day 2005, 28.04.2005 Nanowelten - Elektronenmikroskopie in der Materialforschung
CAU TF Vorträge zur Lehrerfortbildung / zur Information von Schülerinnen und Schülern in der TF, 13.06.2005
Weitere Tätigkeiten Prof. Dr. Wolfgang Jäger
Mitglied des Geschäftsführungsgremiums der Deutschen Gesellschaft für Elektronenmikroskopie.
Gäste im Jahr 2005 TF-Kolloquium, Forschergruppen-Kolloquium und Arbeitsgruppen-Seminar
27.01.2005 FGK Dr. Michael Lehmann, FB Physik Technische Universität Dresden
03.02.2005 FGK Dr. Andreas Bett, Institut für Solare Energiesysteme ISE Freiburg
07.02.2005 TFK Prof. Dr. Klaus Ploog, Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik Berlin
03.03.2005 AGS Dr. Zaoli Zhang, Max-Planck-Institut für Metallforschung Stuttgart
23.05.2005 TFK Prof. Dr. Helmut Dosch, Max-Planck-Instiut für Metallforschung Stuttgart
07.07.2005 FGK Dr. Erdmann Spiecker, AG Mikrostrukturanalytik CAU TF
08.09.2005 AGS Dr. Ralf Theissmann, Materialwissenschaft Technische Universität Darmstadt
03.11.2005 TFK Prof. Dr. Thomas Klassen, GKSS Forschungszentrum GmbH Geesthacht / Helmut-Schmidt-Universität
Hamburg
22.04.2005 Dr. F. P. Marx, TE Techn. Engineers Lübeck
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Sensorik und Festkörper-Ionik
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Das Phänomen des Ionentransports in Festkörpern ist von groÿer Bedeutung für das Verständnis zahlreicher natürlicher
Prozesse und im Hinblick auf dessen Anwendung in neuen Technologien. Von herausragendem Interesse sind Materialien,
die eine den flüssigen Elektrolyten und typischen elektronischen Halbleitern vergleichbare Leitfähigkeit aufweisen.
Daraus ist die Ionik entstanden, die für Anwendungen in den Gebieten der Energiespeicherung und -wandlung für
die Nutzung regenerativer und sauberer Energien sowie zur effizienteren Nutzung konventioneller Primärenergien
eine wesentliche Rolle spielt. Von besonderer Bedeutung sind schnelle ionische Leiter für Alkaliionen, Oxidionen und
Protonen für Hochleistungsbatterien (> 1W h/cm3 ), Supercaps (100F/cm3 ), Brennstoffzellen (> 1W/cm2 ),
Wasserelektrolysezellen, Thermoelektrische Konverter, Photogalvanische Solarzellen, chemische Sensoren für Umweltund Prozessgase und elektrochrome Beschichtungen. Gegenüber konventionellen flüssigen Elektrolyten weisen Festkörper
eine Vielzahl von Vorteilen wie einer höheren mechanischen und thermodynamischen Stabilität, Auslaufsicherheit und
Langzeitstabilität auf. Sie sind damit für moderne Hochleistungsanwendungen besonders geeignet.
Ergebnisse
Lithiumbatterien. Mit der systematischen Entwicklung von keramischen Materialien mit Granatstruktur ist ein wichtiger
und weltweit beachteter Durchbruch gelungen. Neben der hohen Stabilität gegenüber elementarem Lithium und
anwendbaren elektrischen Spannungen von über 6 V weist das Material die höchste bisher bekannte Leitfähigkeit
bei Raumtemperatur auf. Ausgehend von der Stöchiometrie der Mutterverbindung Li5 La3 M2 O12 , (M= Nb, Ta)
wurden chemische Substitutionen aller Kationen vorgenommen. Besonders erfolgreich erwies sich bislang die Substitution
Abb. 1: Kristallstruktur des Granaten Li5 La3 M2 O12 , mit LiO6 − , und N bO6 − , Oktaedern mit einem
Überschuss von 16 Lithiumatomen (kleine Kreise). Die gröÿeren Kreise stellen Lanthan dar. Das rechte Bild zeigt die
Ergebnisse einer Bond-Valence-Analyse, die aus der Wertigkeit der Umgebung heraus die für den Ort erforderliche Ladung
bestimmt. Diese Bereiche stellen die dreidimensionalen Pfade der Bewegung für die Lithiumionen dar.
des Lanthans durch Erdalkaliatome. Die so modifizierten Granate wiesen erstaunlicherweise lediglich einen kleinen,
praktisch vernachlässigbaren Korngrenzenwiderstand auf. Auch der Widerstand des Durchtritts der Lithiumionen durch
die Elektrolyt/Elektroden-Grenzflächen war vergleichbar klein. Auf der Basis dieser Ergebnisse wurde ein DFG-Antrag
genehmigt, der dem besseren Verständnis der beobachteten Phänomene dienen soll.
Zur Herstellung von Dünnschicht-All-Festkörperbatterien mit hohen Spannungen und daher hohen Energiedichten
wurden verschiedene Verfahren angewandt. Die besondere Schwierigkeit liegt in der Notwendigkeit der Abscheidung von
Verbindungen, die eine sehr exakte Stöchiometrie aufweisen müssen, da sonst nicht die gewünschten Materialeigenschaften
vorliegen. Zudem ist nach der Abscheidung gewöhnlich ein Tempervorgang erforderlich, um eine geeignete kristalline
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Struktur zu erzeugen. Als viel versprechend hat sich die ILGAR-Methode herausgestellt, bei der durch einen Tauchprozess
und anschlieÿende chemische Reaktion mit einem geeigneten Gas auf vergleichsweise einfache und billige Weise dünne
Schichten hergestellt werden können. Es wurden nach dem Verfahren erfolgreich W O3 -Schichten für elektrochrome
Abb. 2: Abbildung einer Dünnfilmbatterie-Halbzelle eines Kathodenmaterials auf einem Aluminiumoxid-Substrat, auf das
zunächst ein Platin-Stromkollektor aufgetragen wurde.
Systeme in Verbindung mit organischen Lithiumelektrolyten hergestellt.
Brennstoffzellen. Dion-Jacobson-Schichtperowskite zeigten in galvanischen Konzentrationszellen die Eigenschaften von
Protonenleitern bei niedrigen und mittleren Temperaturen. Diese Materialien lieÿen sich erfolgreich für Ammoniaksensoren
einsetzen. Im Gegensatz zu Erdalkali-Ceraten wurde in die Oxidstruktur kein Wasser eingebaut. Damit sind sie anderen
Protonenleitern deutlich überlegen. Aufgrund dieser Bedeutung wurden eingehende Untersuchungen der verschiedenen
potentiell leitenden Ionen durchgeführt, die zu einem Verständnis der ionischen Leitungseigenschaften führen sollen. Es
wird erwartet, dass diese keramischen Materialien zu Brennstoffzellen bei mittleren Temperaturen führen werden, die
chemisch und thermodynamisch stabil sind und Probleme des Platins und Wasserhaushalts bei niedrigen Temperaturen
sowie der chemo-mechanischen Stabilität der Komponenten bei hohen Temperaturen vermeiden.
Parallel zu der Entwicklung der keramischen Protonenleiter wurde das Konzept der SEA (Single Element Arrangement)-
Abb. 3: Beispiel einer Messzelle des keramischen Mitteltemperatur-Oxidionenleiters für Brennstoff- und Elektrolysezellen
nach dem SEA-Konzept. Der Festelektrolyt ist mit einer keramischen Dichtmasse auf ein Aluminiumoxidrohr aufgeklebt, in
dessen Innerem sich Wasserstoff oder ein Messgas befand. Die Auÿenseite befindet sich an Luft. Analoge
Versuchsaufbauten wurden mit den protonenleitenden Keramiken hergestellt.
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Brennstoffzellen weiterverfolgt. Da Cerate bei mittleren Temperaturen und niedrigen Sauerstoffpartialdrucken bereits
überwiegend n-leitend sind, wurden zahlreiche Experimente der Dotierung vorgenommen, um bei hohen Sauerstoffpartialdrucken an der Kathode eine überwiegende p-Leitung in den Oxidionenleitern zu erzeugen.
Chemische Sensoren. Das Konzept der Typ III-Sensoren mit Alkali-Ionen-Leitern wurde weiter verfolgt. Dabei standen das
wissenschaftliche Verständnis der Redoxvorgänge und die chemischen Reaktivitäten des Elektrolyten mit Referenzelektroden
im Vordergrund des Interesses. Es wurden unterschiedliche Elektrolyte, insbesondere die in den eigenen Labors in jüngster
Zeit entwickelten Lithiumionenleiter, in Betracht gezogen. Das Theta-Prinzip erwies sich als geeignet, um zwischen
unterschiedlichen chemischen Teilchen zu differenzieren. Einige der beobachteten Effekte lieÿen sich durch kapazitive
Einflüsse an Elektrolyt-Elektroden-Grenzflächen und dort vorliegende chemische Inkompatibilitäten erklären. Damit scheint
der Weg frei für eine systematische Entwicklung praktisch einsetzbarer chemischer Sensoren für komplexe Gase.
Feste Elektrolyte wurden auch zum Nachweis von Detergenzien in wässrigen Medien eingesetzt. Sie dienen der
Prozesskontrolle von Waschvorgängen. Unter Verwendung von unterschiedlichen ionisch und gemischt leitenden
Festkörpern wurden kinetische Sensoren hergestellt und mit unterschiedlichen Signalen auf ihre praktische Verwendbarkeit
hin untersucht.
Supercaps. Zur schnellen Aufnahme und Abgabe elektrischer Energie haben Supercaps schnell eine groÿe praktische
Bedeutung erlangt. In unseren Arbeiten geht es um den möglichen Einsatz von festen Elektrolyten statt der sonst
gebräuchlichen flüssigen Elektrolyte und den Vergleich der erreichbaren Kapazitäten sowie das systematische Ausloten
des Grenzbereichs zwischen Supercaps und Batterien mit der Gegenüberstellung der Eigenschaften. Es wurden dazu durch
Sputtern der Elektroden auf monolithischen Ionenleitern Grenzflächen mit guten mechanischen Kontakten hergestellt.
Über die hier dargestellten Arbeiten hinaus fanden Kooperationen mit Firmen statt, die den Einsatz neuer sowie bekannter
fester ionischer Leiter sowohl für praktische Anwendungen als auch für neu entwickelte Prinzipien der Messung von
Stoffgröÿen mit galvanischen Festkörperzellen zum Inhalt hatten.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr. W. Weppner; Sekretariat: G. Schroeder
Technisches Personal: Janine Dahmke, Dipl.-Ing. (FH) T. Metzing
Yun Bai
01.09.-31.12.2005
Dr. W.F. Chu
01.01.-31.12.2005
CAU
Chemische Sensorik, Elektrochromie, Brennstoffzellen, Batterien, Thermoelektrische Konverter
Dr. Ch. Dietz
Keramische Ionenleiter
01.01.-31.12.2005
BASF
Hao Ding
01.01.-31.12.2005
M.Sc. Q.-P. Fang
Keramische Oxid- und Protonenleiter
01.01.-31.12.2005
(50%)
CAU
Dipl.-Phys. G. Holstermann
Protonenleitende Oxide
01.01.-31.08.2005
(50%)
CAU
Prof. R. Huggins
Neue Materialien für Lithiumbatterien
01.01.-31.12.2005
Sanyo
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Dipl.-Chem. Ch. Knittlmayer
Depositionsverfahren, Lithium-Batterien
01.01.-31.12.2005
(50%)
Dr. Ramaswamy Murugan
Solid Lithium Electrolytes
21.09.-31.12.2005
M.Sc. M. Sakthivel
Wasserstoffsensoren
01.01.-31.12.2005
(50%)
CAU
M.Sc. T. Shiferaw
Supercaps, ionische Grenzflächen
01.01.-31.12.2005
(50%)
CAU
DFG
Dr. habil. V. Thangadurai
01.01.-30.06.2005
Lithium- und Oxid-Ionenleiter, Protonenleitung in Oxiden
DAAD
Dipl-Ing. (FH) St. Warnat
Sensoren für fluide Medien
01.01.-31.10.2005
(50%)
ISH
M.Sc. Y. Zhu
Chemische Sensorik
01.01.-31.12.2005
(50%)
CAU
Winter 2004/2005
Ionics, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Weppner
Ceramic Materials, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Weppner
Thermodynamics and Kinetics I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Weppner
Electrochemical and Chemical Aspects of Materials, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W.F. Chu
Sensors and Solid State Ionics, 2 Std. Seminar/Woche,
W. Weppner
W. Weppner (+ H. Föll, F. Faupel, K. Dolgner)
Sommer 2005
Sensors, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Weppner
Thermodynamics and Kinetics of Solids II, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Weppner
W. Weppner
Surface Analysis Methods, 2 Std. Vorlesung/Woche,
W.F. Chu (+ W.F. Chu)
SEITE
196
almanach 05
tf
Laboratory Technique and Materials Preparation, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W.F. Chu
Q.-P. Fang (+ T. Shiferaw, M. Sakthivel)
Solid State Synthesis Methods, 3 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
V. Thangadurai
Winter 2005/2006
Ionics, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Weppner
Ceramic Materials, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Weppner
Thermodynamics and Kinetics I, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Weppner
Electrochemical and Chemical Aspects of Materials, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W.F. Chu
W. Weppner
Drittmittel
BASF, Entwicklung eines Lithiumionen-leitenden Systems, 01.11.2004-31.12.2006 (131.250 EUR)
ISH, Chemische Sensorik für flüssige Medien, 01.05.2004-31.10.2005 (75.100 EUR)
DFG, Solid Lithium Electrolyte, 01.06.2005-31.05.2007 (127.200 EUR)
Ryan Zuzarte, Diplom-Arbeit: Untersuchung kinetischer Eigenschaften von Grenzflächen Chemischer Sensoren,
11.02.2005
Stephan Warnat, Master-Arbeit: Kinetic Principles of Sensing Fluids, 22.08.2005
Hao Ding, Master-Arbeit: Solid Alkaline Ion Conducturs for CO2 Measurements, 06.12.2005
Veröffentlichungen
V. Thangadurai, W. Weppner, Li6 ALa2 N b2 O12 A New Class of Fast Lithium Ion Conductors with Garnet-Like
Structure, J. Am. Ceram. Soc., 88, 411 - 418 (2005)
C.O. Park, S.A. Akbar, W. Weppner, Ceramic Electrolytes and Electrochemical Sensors, J. of Materials Science, 38, 4639
- 4660 (2003)
V. Thangadurai, W. Weppner, Investigations on Electrical Conductivity and Chemical Compatibility Between Fast Lithium
Ion Conducting Garnet-Like Li6 BaLa2 T a2 O12 and Lithium Battery Cathodes, J. Power Sources, 142, 339 -
SEITE
197
almanach 05
tf
344 (2005)
V. Thangadurai, S. Adams, W. Weppner, Crystal Structure Revision and Identification of Li+ -Ion Migration Pathways in
the Garnet-like Li5 La3 M2 O12 (M = Nb, Ta) Oxides, Chemistry of Materials, 16, 2998 - 3006 (2004)
R. Ruffo, R.A. Huggins, C.M. Mari, M. Piana, W. Weppner, Phosphate Materials for Cathodes in Lithium Ion Secondary
Batteries, Ionics, 11, 213 - 219 (2005)
V. Thangadurai, W. Weppner, Li6 ALa2 T a2 O12 (A = Sr, Ba): Novel Garnet-Like Oxides for Fast Lithium Ion
Conduction, Adv. Funct. Mater, 15, 107 - 112 (2005)
V. Thangadurai, W. Weppner, Studies on Electrical Properties of La0.8 Sr0.2 Ga0.8 M g0.2 O2.80 (LSGM) and
LSGM − SrSn1−x F ex O3 (x = 0.8; 0.9) Composites and Their Chemival Reactivity, Electrochim. Acta,
50, 1871 - 1877 (2005)
V. Thangadurai, J. Schwenzel, W. Weppner, Tailoring Ceramics for Specific Applications: A Case Study of the
Development of All-Solid-State Lithium Batteries, Ionics, 11, 11 - 23 (2005)
W. Weppner, Interfacial Processes of Ion Conducting Ceramic Materials for Advanced Chemical Sensors,, Proc. 29th Intl.
Conf. on Advances Ceramics and Composites, Ceramic Engineering and Science Proceedingsical Sensors, The Am.
Ceram. Soc., Cleveland, OH, USA, 26, 15 - 24 (2005)
M. Sakthivel, W. Weppner, Characterization and Sensing Property Studies of the Pt/Nafion Electrode Prepared by the
Chemical Reduction Method, Ionics, 11, 177 - 183 (2005)
V. Thangadurai, W. Weppner, Solid Oxide Ion Conductors: Materials and Applications, in: New Developments in
Electrochemistry Research (M. Nunez, Ed.), Nova Science Publ., Hauppauge, NY, USA, 143 - 183 (2005)
W. Weppner, Fundamental Materials Aspects of Solid State Ionic Devices, in:Solid State Electrochemistry (Proc. 26th
Risoe Intl. Sympos. on Matls. Sci. (S. Linderoth, A. Smith, N. Bonanos, A. Hagen, L. Mikkelsen, K. Kammer, D. Lybye,
P. v. Hendriksen, F.W. Poulsen, M. Mogensen and W.G. Wang, Eds.), Risoe Natl. Lab; Roskilde, DK, 67 - 87 (2005)
E.D. Tsagarakis, W. Weppner, Electrode Kinetic Phenomena of Solid State Ionic Devices, Ionics, 11, 240 - 247 (2005)
S. Schott, Z.-H. Jia, A.K. Schaper, V. Thangadurai, W. Weppner, P. Schmid-Beurmann, Superlattice Ordering in
SrF eO3−δ :, Electron Microscopy and Diffraction Study, phys. stat. sol. (a), 202, 2330 - 2335 (2005)
M. Sakthivel, W. Weppner, Chemical Sensors and Technologies for Sustainable Hydrogen Economy, Recent Res. Devel.
Chemical Engg., 6, 85 - 130 (2005)
Präsentationen
W. Weppner, Interfacial Phenomena of Advanced Solid State Electrochemical Chemical Sensors, 29th International
Conference on Advanced Ceramics and Composites, Cocoa Beach, Florida, USA, 23.01.2005
W. Weppner, Festkörper-Ionenleiter für Brennstoffzellen, Workshop Waserstoff- und Brennstoffzellentechnologie in
Schleswig-Holstein, Lübeck, BRD, 23.02.2005
W. Weppner, Overview of Safety Issues and Hydrogen Sensors in Hydrogen Economy, International Workshop on,
Melbourne, Australien, 20.03.2005
W. Weppner, V. Thangadurai, Materials Development of Ionic Devices, International Conference on Functional Materials
and Devices 2005 (ICFMD 2005), Kuala Lumpur, Malaysia, 06.06.2005
W. Weppner, Materials Aspects of All-Solid-State Electrochemical Devices, Italian-German Workshop on Electrochemistry,
Berlin, BRD, 03.07.2005
M. Sakthivel, W. Weppner, Response Behaviour of a Hydrogen Sensor Based on Ionic Conducting Polymer-Metal
Interfaces Prepared by the Chemical Reduction Method, 3rd International Symposium on Sensor Science (I3S
2005), Juelich, BRD, 18.07.2005
W. Weppner, Materials Aspects of Solid State Ionic Devices, 26th Risoe International Symposium on Materials Science:
Solid State Electrochemistry, Risoe, Dänemark, 04.09.2005
M. Sakthivel, W. Weppner, Ionic Conducting Polymer-Metal Nano Particle Interfaces for Gas Sensor Applications, 2nd
International Workshop on Polymer/Metal Nanocomposites, Geesthacht, BRD, 26.09.2005
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almanach 05
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M. Sakthivel, W. Weppner, A Novel Amperometric Sensor and Portable Device for, International Conference on
Electrochemical Sensors,, Matrafured, Ungarn (Best Poster Award), 13.11.2005
W. Weppner, Materialentwicklung für All-Festkörper-Lithium-Batterien, Kolloquium des Instituts für Chemische
Technologie anorganischer Stoffe, Technische Universität Graz, Graz, Österreich, 20.12.2005
Mitglied, Editorial Boards der Zeitschriften Journal of Solid State Electrochemistry und European Journal of Solid State and
Inorganic Chemistry (W. Weppner).
Herausgabe von Band 11 der Zeitschrift IONICS (W.F.Chu, W. Weppner)
Vorbereitung und Durchführung der International Conference on Solid State Ionics - Transport Properties , Patras,
Griechenland (W. Weppner).
Member-at-Large, Electrochemical Society, High Temperature Materials Division (W. Weppner).
Mitwirkung beim Gründungspraktikum (WS 2004/2005) für Chemische Sensoren des Lehrstuhls für Gründungs- und
Innovationsmanagement der CAU (W.F. Chu, Chr. Dietz, G. Holstermann, W. Weppner).
Mitglied der International Advisory Boards der Veranstaltungen International Conference on Functional Materials and
Devices , Kuala Lumpur, Malaysia, 06.-08.06.2005 (W. Weppner).
Mitglied des Beirats der Zeitschrift TALENTE im Norden (W. Weppner).
Mitglied des wissenschaftlichen Beirats von Science Lab , München (W. Weppner).
Vorträge für die Universitätsgesellschaft Schleswig-Holstein (W. Weppner).
Mitglied der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Electrochemical Society, American Ceramic Society, Institute for Ionics
(W. Weppner).
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Werkstoffmechanik
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Die Werkstoffmechanik ist eine gemeinsame Professur mit dem GKSS Forschungszentrum in Geesthacht. GKSS ist Mitglied
der Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren. Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Brocks ist Leiter der
Abteilung Simulation des Werkstoff- und Bauteilverhaltens am Institut für Werkstoffforschung in Geesthacht.
Ergebnisse
Moderne Verfahren der Werkstoffcharakterisierung und Konzepte der Bauteilbewertung sind ohne den Einsatz numerischer
Methoden nicht mehr denkbar. Sie ermöglichen
• eine Erweiterung der Aussagefähigkeit von Experimenten
und sie sind unumgänglich,
• wenn Experimente an realen Bauteilen auf Grund ihrer Gröÿe oder komplizierter Belastungsbedingungen nicht
oder nur mit unvertretbar hohem Aufwand oder Sicherheitsrisiko möglich sind,
• wenn Parameterstudien, wie Variation von Materialkennwerten oder Lastannahmen durchzuführen sind und
• wenn erhöhte Anforderungen an die Betriebssicherheit bei gleichzeitiger optimaler Ausnutzung des Werkstoffs
gestellt werden.
Numerische Simulationen sind aber immer nur so aussage- und leistungsfähig wie die dahinter stehenden Modelle.
Kompetenz auf dem Gebiet der Modellierung des Werkstoff- und Bauteilverhaltens unter äuÿeren Einwirkungen ist
deshalb unverzichtbar für moderne Werkstoffforschung und -anwendung. Dabei sind die Zusammenhänge zwischen der
Mikrostruktur und den globalen technologischen Eigenschaften von Konstruktionswerkstoffen von besonderer Bedeutung.
Für Spannungs- und Verformungsanalysen komplexer Strukturen hat sich die Methode der finiten Elemente (FEM) als
flexibles und leistungsfähiges Instrument bewährt. Kommerziell verfügbare Programme, z. B. ABAQUS oder ANSYS, bieten
jedoch nur den jeweils als gesichert geltenden Stand der Wissenschaft auf dem Gebiet der Stoffgleichungen an. Die
Weiterentwicklung von Materialmodellen zur Beschreibung von Verformungen und Schädigung ist deshalb notwendige
Aufgabe jeder Werkstoffforschung.
Ziele der Arbeiten in der Abteilung Simulation des Werkstoff- und Bauteilverhaltens sind
• die quantitative Erfassung der Zusammenhänge zwischen der Mikrostruktur von Werkstoffen, den Verformungsund Schädigungseigenschaften auf mikrostrukturellem Niveau und den globalen Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften,
• die Erweiterung der Fähigkeiten gegenwärtiger Finite-Elemente-Programme, das thermisch-mechanische Verhalten
von Werkstoffen, also deren Verformung und ggf. Schädigung bis zum Versagen unter dem Einfluss von komplexen
thermischen und mechanischen Beanspruchungen zu beschreiben,
• die Validierung von Bauteilbewertungs- und Testprozeduren durch numerische Simulationen des Bauteilverhaltens.
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Brocks
Institute for Materials Research
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GKSS Research Centre
Max-Planck-Straÿe 1
D - 21502 Geesthacht
phone: +49 4152 87 2553
fax: +49 4152 87 2534
e-mail: [email protected]
web:http://www.gkss.de/Themen/W/WMS
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. W. Brocks;
Sommer 2005
Engineering Mechanics, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Brocks
Winter 2005/2006
Modellierung Technischer Systeme, 3 (+2) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
W. Brocks
Finite Element Modelling, 2 (+1) Std. Vorlesung (+ Übungen)/Woche,
D. Steglich
Veröffentlichungen
W. Brocks, Cohesive Strength and Separation Energy as Characteristic Parameters of Fracture Toughness and Their
Relation to Micromechanics, Structural Integrity and Durability, (2005)
A. Cornec, W. Schönfeld, W. Brocks, K.-H. Schwalbe, Fehlerbewertung von geschweiÿten bi-metallischen
Rohrkomponenten - Vorhersage mit Engineering Treatment Model und Finite-Elemente-Analyse, Materialprüfung,
47, 129 - 146 (2005)
R. Lin, W. Brocks, An Extended Chaboche's Viscoplastic Law at Finite Strains: Theoretical and Numerical Aspects, J.
Materials Science and Technology, 21 (2), 145 - 147 (2005)
P. Nègre, D. Steglich, W. Brocks, Crack extension at an interface: prediction of fracture toughness and simulation of
crack path deviation, Int. J. Fracture, 134, 209 - 229 (2005)
I. Scheider, M. Schödel, W. Brocks, W. Schönfeld, Crack propagation analyses with CTOA and cohesive model:
Comparison and experimental validation, Engineering Fracture Mechanics, 73, 252 - 263 (2005)
A. Pirondi, N. Bonora, W. Brocks, Micromechanical Modelling of Cyclic Plasticity incorporating Damage, Int. J. Solids and
Structures, 42, 337 - 351 (2005)
W. Brocks, Computational Fracture Mechanics, In: Raabe, D.; Roters, F.; Barlat, F.; Chen, L.-Q. (Hrsg.): Continuum Scale
Simulation of Engineering Materials. Weinheim: WILEY-VCH (ISBN: 3-527-30760-5), 621 - 637 (2005)
Präsentationen
A. Bajric, W. Brocks, W. Dahl, J. Hayer, P. Langenberg, Investigations on Failure Behaviour of Flawed Steel Specimens
with Electron Beam Welds, 11th Int. Conf. on Fracture, ICF11, Turin, Italien, 20.-25.03.2005
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A. Bajric, W. Brocks, W. Dahl, J. Hayer, P. Langenberg, Numerische Simulation des Rissauswanderns in
Strahlschweissverbindungen, 37. Tagung des DVM-Arbeitskreis Bruchvorgänge, DVM-Bericht 237, 177 - 186,
Hamburg, 22.-23.02.2005
W. Brocks, P. Negré, D. Steglich, Crack Kinking in Laser Welds - Experiments and modelling, 11th Int. Conf. on Fracture,
ICF, Turin, Italien, 20.-25.03.2005
W. Brocks, D. Steglich, D. Paganelli, T. Pardoen, A model of anisotropic ductile damage applied to Al 2024, 4th Int.
Conf. on Fracture and Damage Mechanics. Costa de los Pinos, Mallorca, Spanien, 12.-14.07.2005
W. Brocks, D. Steglich, J. Heerens, P. Staron, Simulation of residual stresses during forming, Simulation in der
Umformtechnik, 8. Workshop, Stuttgart, Deutschland, 16.-17.03.2005
A. Cornec, W. Schönfeld, W. Brocks, H. Assler, Restfestigkeit von Flugzeugrumpfschalen: Finite Element Analyse und
Experiment, 37. Tagung des DVM-Arbeitskreis Bruchvorgänge, DVM-Bericht 237, Hamburg, Deutschland,
22.-23.02.2005
S. Graff, D. Steglich, W. Brocks, Linking Meso- and Macroscale Simulations: Crystal Plasticity of HCP Metals and Yield
Surface, Third M.I.T. Conf. on Computational Fluid and Solid Mechanics. Cambridge, MA (USA), Cambridge, MA, USA,
14.-17.07.2005
S. Graff, D. Steglich, W. Brocks, Linking meso- and macroscale simulations: crystal plasticity of hcp metals and yield
surface, Computational and Experimental Mechanics of Advanced Materials, Loughborough, GB, 20.-22.07.2005
S. Graff, D. Steglich, W. Brocks, Linking meso- and macroscale simulations: crystal plasticity of hcp metals and yield
surface, Euromat 2005, Prag, Cz, 05.-08.09.2005
A. Pirondi, N. Bonora, D. Steglich, W. Brocks, D. Hellmann, Micromechanics Based Approaches to Damage under Cyclic
Plastic Loading, Plasticity, Kauai, HI, USA, 04.-08.01.2005
I. Scheider, M. Schödel, W. Schönfeld, W. Brocks, Modelling crack externsion in biaxially loaded panels, 11th Int. Conf.
on Fracture, ICF, Turin, Italien, 20.-25.03.2005
I. Scheider, W. Brocks, Application of the local approach to fracture in the ductile-to-brittle transition, Augusti, G.;
Schueller, G.I.; Ciampoli, M. (Hrsg.): Int. Conf. on Structural Safety and Reliability, ICOSSAR 05, Rom, Italien,
19.-22.06.2005
I. Scheider, W. Brocks, Numerische Bestimmung der Restfestigkeit komplexer dünnwandiger Strukturen mit dem
Kohäsivmodell, 37. Tagung des DVM-Arbeitskreis Bruchvorgänge, DVM-Bericht 237, Hamburg, Deutschland,
20.-23.02.2005
I. Scheider, W. Brocks, Simulation of crack propagation and failure in shell structures using the cohesive model, Ramm,
E.; Wall, W.A.; Bletzinger, K.-U.; Bischoff, M. (Eds.): Proc. 5th Int. Conf. on Computation of Shell and Spatial
Structures, Salzburg, Österreich, 01.06.2005-04.06.2055
D. Steglich, P. Negré, W. Brocks, M. Kocak, Crack path and fracture toughness prediction in aluminium welded sheets,
Int. Conf. on Design, Testing, Assessment and Safety of High Temperature Welded Structures, WELDS, Geesthacht,
Deutschland, 08.-09.09.2005
D. Steglich, J. Heerens, W. Brocks, Punch Test for the Simulation of Ships Hull Damage, Bregan, P.; Garcia, J.; Onate, E.;
Kvamsdal, T. (Eds.): Int. Conf. on Computational Methods in Marine Engineering, MARINE, Oslo, Norwegen,
27.-29.06.2005
D. Steglich, D. Paganelli, W. Brocks, A model for ductile failure applied to anisotropic Al 2024, Larsen, J.M.;
Christodoulou, L.; Calcaterra, J.R.; Dent, M.L. (Eds.): Materials Damage Prognosis, Materials Science and Technology
2004. Vol. 3, New Orleans, LA, USA, 27.-29.09.2004
D. Steglich, W. Brocks, T. Pardoen, A model for ductile failure applied to anisotropic Al 2024, Owen, D.R.J.; Oñate, E.;
Suárez, B. (Eds.): Computational Plasticity / COMPLA VIII, Barcelona, Spanien, 01.-02.06.2005
U. Zerbst, W. Brocks, J. Heerens, M. Schoedel, I. Scheider, D. Steglich, E. Seib, A. Cornec, K.-H. Schwalbe, Failure
Asessment Concepts for Thin-Walled Structures, Structural Integrity of Advanced Aircraft, and Life Extension for
Current Fleets, ICAF 2005, Hamburg, Deutschland, 06.-10.06.2005
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Polymerbasierte Multikomponentenwerkstoffe
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Prof. Dr. Volker Abetz, Leiter des Institutes für Chemie des GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH in Geesthacht
Das Institut für Chemie des GKSS-Forschungszentrums besteht aus zwei Teilen in Geesthacht und in Teltow. Das Institut
beschäftigt insgesamt etwa 120 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter.
Der Standort in Geesthacht (ca. 50 Mitarbeiter) entwickelt Membranmaterialien auf Polymerbasis für vielfältige
Anwendungen wie z. B. für die Rückgewinnung organischer Dämpfe aus der Abluft, für protonenleitende Medien in der
Brennstoffzelle, für die Wasserstoffaufreinigung, für katalytische Reaktionen in Membranreaktoren). Weiterhin werden
Membranmodule entwickelt (Modellierung) und gebaut. Die Produkte werden in vielen Fällen von Lizenznehmern aus
der Industrie dann in Serie produziert und vermarktet. Neu hinzukommen werden Forschungs & Entwicklungsarbeiten im
Bereich nanostrukturierter Polymerwerkstoffe.
Weitere Informationen über die Arbeitsgebiete des GKSS-Forschungszentrums finden Sie im Internet unter www.gkss.de.
GKSS-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh
Institut für Chemie
Max-Planck-Straÿe 1
21502 Geesthacht
25524 Itzehoe
Institutsleitung: Professor Dr. Volker Abetz
Tel. 04152/87-2461 (Sekretariat)
Fax 04152/87-2444
Email [email protected]
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CMA Centrum für Materialanalytik / TF-Praktika für Studierende
der Ingenieurstudiengänge
Leitungsgremium: Dr. W. Brünger, Prof. Dr. F. Faupel, Prof. Dr. H. Föll, Prof. Dr. A. Heuberger, Prof. Dr. W. Jäger, Prof. Dr.
P. Seegebrecht, Prof. Dr. W. Weppner
Die Lehrstühle und Arbeitsgruppen der Materialwissenschaft und der Elektrotechnik der CAU Kiel verfügen über hochmoderne
Geräte und Techniken für Materialanalytik, Materialprüfung und Elektronenmikroskopie in der Materialwissenschaft. Das
Centrum für Materialanalytik (CMA) stellt die vorhandenen Forschungsexpertisen und Methoden Kooperationspartnern aus
Forschung und Wirtschaft für gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsaufgaben und als Dienstleistung zur Verfügung.
Zu den bisherigen zentralen Aufgaben des CMA gehören:
• Materialcharakterisierung
• Struktur und Eigenschaften von dünnen Schichten, Oberflächenspektroskopie, mechanische Materialprüfung
• Bereitstellung von modernsten Geräten und wissenschaftlichem Fachwissen in Materialanalytik und Materialprüfung
für interne und externe Nutzer
• Förderung von Forschungskooperationen, Service und Beratung für Industrie und Forschungsinstitute
• Erweiterung des Spektrums verfügbarer Methoden durch resource sharing in Kooperationen
• Unterstützung bei Forschungsarbeiten der Studierenden
• Unterstützung der Ausbildung von Studierenden und Ingenieuren durch Lehr-und Kursmodule in Materialanalytik,
Materialprüfung und Elektronenmikroskopie
• Unterstützung der Studierenden bei der Arbeitsuche durch Kontakte zu Industrie und Forschungsinstituten.
Das Angebot zum Technologietransfer des CMA umfasst auch die gemeinsame Bearbeitung und gegenseitige
Vermittlhttp://www.tf.uni-kiel.de/almanach/ergebnisse.php?PHPSessions=70331d6124022213173949c74a85c57b Ergebnisseung von Industrieanfragen auf der Grundlage einer Zusammenarbeitsvereinbarung der CAU/CMA mit dem
Werkstoffanwendungs- und Technologiezentrum (WATZ) des GKSS Forschungszentrum Geesthacht GmbH. Das CMA bietet
Zugang zu modernsten, leistungsfähigen Messgeräten, die auch den Studierenden in Fortgeschrittenenpraktika und für
ihre Forschungsarbeiten zur Verfügung stehen.
Seit dem 01.05.2003 wurde das Aufgabenspektrum um die Einrichtung, Betreuung und Weiterentwicklung der
materialwissenschaftlichen Studiengänge erweitert:
• Einwerbung und Vorbereitung der fachlichen Bewertung von Studienbewerbern
• Betreuung der Studierenden während des Studiums auch in Alltagsfragen
• Entwurf und Weiterentwicklung neuer Studiengänge
• Akkreditierung vorhandener Studiengänge
• Entwurf und Versand von Werbe- und Informationsbroschüren
Zu den zentralen Aufgaben gehört ferner die Organisation und Durchführung aller materialwissenschaftlichen Praktika
sowie der gemeinsamen Grundpraktika.
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Ergebnisse
Praktika und Studiengangsbetreuung
Das CMA hat im Zuge der Umstrukturierung zusätzlich die Organisation zweier weiterer Praktika übernommen. Durch den
groÿen Erfolg des Studienganges Wirtschaftsingenieurwesen sind die Praktikumsplätze weiterhin mehr als gut ausgelastet.
Für den Masterstudiengang in Materialwissenschaften hat das CMA in 2005 über 100 Bewerbungen evaluiert und 15
Studierende eingeworben. Die Studierenden werden seit ihrer Ankunft vom cma betreut.
Das cma hat die Einführung des Bachelorstudienganges Materialwissenschaft begleitet und koordiniert.
Im Zuge der inzwischen erfolgreichen Akkreditierung des Bachelorstudienganges wurde eine ausführliche Akkredtierungsbroschüre erstellt.
Es wurden Werbeplakate und Studienführer erstellt, gedruckt und ins Internet gestellt.
Der Bachelorstudiengang ist im Wintersemester mit 14 Teilnehmern gestartet. Sie werden ebenfalls vom cma betreut.
Personal
Leiter/-innen: Dipl.-Chem. K. Dolgner; Sekretariat: M. Wallisch (25 Prozent)
Technisches Personal: Dipl.-Ing. K. Rath (85 Prozent)
Dipl.-Min. M. Schwitzke
01.01.-31.12.2005
(50%)
Winter 2004/2005
Gemeinsames Grundpraktikum für Ingenieure I, 4 Std. Praktikum/Woche,
K. Dolgner (+ M. Nordhausen, R. Kunz, H. A. Davani, C. Pochstein, U. Schürmann, M. Jeppel, F. de Lippe, H. Behrens, J.
Noss)
Tutorium for Junior Students, 1 Std. Seminar/Woche,
K. Dolgner
Tutorium for Senior Students, 1 Std. Seminar/Woche,
K. Dolgner
K. Dolgner (+ K. Rätzke)
Basic Lab, 4 Std. Praktikum/Woche,
K. Dolgner (+ M. Schwitzke, M. Elbahri, G. Holstermann, M. Sakthivel, J. Zekonyte, V. Thangadurai, Q.P. Fang, H. Takele,
H. Greve, T. Wille)
Lab Course Scientific Methods, 4 Std. Praktikum/Woche,
K. Dolgner (+ Eugen Foca, S. Hollensteiner, J. Carstensen, Y. Zhu, S. Tesfaye, V. Zaporojtchenko, W. Chu, H. Takele, E.
Spieker)
Sommer 2005
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Gemeinsames Grundpraktikum für Ingenieure II, 3 Std. Praktikum/Woche,
K. Dolgner (+ J. Tornow, J. Noss, R. Thobaben, K. Scholz, R. Kunz, M. Schwitzke, H. Greve, M. Nordhausen, H. Behrens,
B. Albers, K. Seget, H. Dahvani)
Einführung in die Chemie der Werkstoffe, 1 Std. Vorlesung/Woche,
K. Dolgner
K. Dolgner (+ K. Rätzke, F. Faupel, H. Föll, W. Weppner, W.F. Chu, W. Jäger)
Lab Course: Functional Materials, 4 Std. Praktikum/Woche,
K. Dolgner (+ Q.P. Fang, M. Scharnberg, H. Greve, E. Foca, S. Mathijssen, M. Sakthivel, U. Schürmann, E. Spiecker, V.
Thangadurai)
K. Dolgner
K. Dolgner
Winter 2005/2006
Gemeinsames Grundpraktikum für Ingenieure I, 4 Std. Praktikum/Woche,
K. Dolgner (+ J. Schwarz, M. Jeppel, S. Kaps, K. Meurisch, K. Rath, M. Schwitzke, H. Behrens, J. Noss, H. Davahni)
K. Dolgner
K. Dolgner
Basic Lab, 4 Std. Praktikum/Woche,
K. Dolgner (+ R. Bock, C. Pochstein, K. Rätzke, H. Takele, M. Elbahri, M. Sakthivel, M. Schwitzke, Q.-P. Fang, Ch.
Knittlmayer, M. Jeppel)
Einführung in die Materialwissenschaft für Bachelorstudierende I, 2 Std. Vorlesung/Woche,
K. Rätzke (+ K. Dolgner)
Lab Course Scientific Methods, 4 Std. Praktikum/Woche,
K. Dolgner (+ E. Foca, J. Carstensen, Y. Zhu, T. Shiferaw, V. Zaporojtchenko, H. Takele, M. Garbrecht, F. Liu, W.F. Chu)
Tutorium für Bachelorstudierende, 1 Std. Seminar/Woche,
K. Dolgner
Fachpraktikum Werkstoffprüfung, 4 Std. Praktikum/Woche,
K. Dolgner (+ K. Rath, M. Schwitzke, M. Jeppel)
Drittmittel
Auftragsarbeiten, Geräteinstandsetzung und Erweiterung, 01.01.-31.12.2005 (8410,39 EUR)
Die genannten Firmenkontakte beinhalten:
• Anfragen und Beratungen zur Schadensfallanalyse, zur Werkstoffauswahl und zur Oberflächenbehandlung
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• Allgemeine Beratung
• Einzel- und Serienuntersuchungen von Schadensfällen, von Werkstoffkennwerten, von Verbindungstechniken und
zum Werkstoffeinsatz
• Werkstoffanalysen im Makro- und Mikrobereich.
Firmenkontakte
1. MWA-Augustin, Kiel, Motoren
2. Thales, Bad Hersfeld, Hardware-Development
3. Nano Focus, Oberhausen, Oberflächenmessungen
4. Tijet, Kiel, Medizintechnik
5. HDW, Kiel
6. Merlin, Holzhäuser, Flensburg
7. ATT-System, München,
8. Eydam, Kiel, Laborgroÿhandel
9. Ingenieurbüro Schlüter, Schiffstechnik, Flensburg
Akkreditierung: Im Sommer 2005 wurde der Bachelorstudiengang Materialwissenschaft akkreditiert.
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Dekanat
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Das Dekanat der Technischen Fakultät ist zunächst einmal für die administrativen Zwecke der Fakultät zuständig. Hierzu
gehören u.a. die Abwicklung von Berufungs-, Promotions- und Habilitationsverfahren, Strukturplanung, Budgetverwaltung
einschlieÿlich der Personal- und Stellenplanung, Liegenschaftsverwaltung für das auf dem Ostufer der Kieler Förde gelegene
Gelände der TF, Geschäftsführung des Konvents, Bereitstellung zentraler Ressourcen im Werkstattbereich sowie die Leitung
der beiden Prüfungsämter für die Elektrotechnik und die Materialwissenschaft. Darüber hinaus ist die Dekanatsverwaltung
maÿgeblich an diversen Veranstaltungen der Fakultät beteiligt. Hierzu zählen beispielsweise der Landeswettbewerb Jugend
forscht - Schüler experimentieren, die Schul-AG Technik, diverse Veranstaltungen in und für Schulen sowie die Sommerund Winterfeste der Fakultät, auf die im Folgenden kurz eingegangen werden soll.
Ergebnisse
1. Jugend forscht - Schüler experimentieren
Seit 1998 veranstaltet die TF im März eines jeden Jahres den Landeswettbewerb Jugend forscht - Schüler experimentieren
Schleswig-Holstein. Die Durchführung der Veranstaltung erfordert neben einem gewissen personellen Einsatz vor allem
finanzielle Mittel, die über Spenden aus der Wirtschaft eingeworben werden müssen. Eine besondere Rolle kommt
hierbei dem Förderverein der TF zu, der die finanzielle Abwicklung der Spenden und der Wettbewerbskosten übernimmt.
Seit 2004 unterstützt auch die Innovationsstiftung Schleswig-Holstein als Partner der TF den Landeswettbewerb mit
finanziellen Mitteln. Die Kosten eines Landeswettbewerbs mit ca. 150 Jugendlichen belaufen sich auf etwa 25 TEUR. Hierin
eingeschlossen sind die Unterbringungskosten, die Verpflegung der Jugendlichen und der ehrenamtlich tätigen Juroren,
die Preise und viele andere kleinere Kostenfaktoren.
Abb. 1: Die Preisträger des Landeswettbewerbs 2005 mit den beiden Patenbeauftragten Steffen Lüsse, Frank Paul und der
Wettbewerbsleiterin Bettina Hampel-Wollweber
Der prestigeträchtige Wettbewerb lockte in den vergangenen Jahren bis zu 170 Jugendliche in die Fakultät. Blickt
man in alte Siegerlisten, so stellt man fest, dass eine erfreuliche Anzahl ehemaliger Teilnehmer und Preisträger des
Landeswettbewerbs in der TF und anderen Fakultäten studiert haben oder noch studieren. Der Landeswettbewerb wird
im Internet ausführlich dokumentiert. Durch gezielte Werbemaÿnahmen zusammen mit der Stiftung Jugend forscht wird
versucht, Schulen, die sich bisher noch nicht am Wettbewerb beteiligt haben, zu einer Teilnahme zu bewegen.
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tf
2. Schul-AG Technik
Ebenfalls 1998 fand die erste Schul-AG Technik statt. Seinerzeit im Wintersemester 1998/99 erstmals mit etwa 50
Schülern und Schülerinnen des Heikendorfer Gymnasiums gestartet, wird die Schul-AG Technik heute allen Kieler Schulen
und bei Interesse auch Schulen im Kieler Umkreis angeboten. Die Organisation der AG erfolgt durch das Dekanat,
während die Durchführung dagegen den engagierten Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen der einzelnen Arbeitsgruppen und
Lehrstühlen obliegt. Zum Ende der AG werden die Teilnehmer und Teilnehmerinnen um ihre Bewertung der AG gebeten.
Aus den Rückläufern, die in aller Regel die AG von gut bis sehr gut bezeichnen, lassen sich nachdenkenswerte Schlüsse
für die weiteren Veranstaltungen ziehen. Für die Schüler und Schülerinnen ist die Schul-AG Technik erfahrungsgemäÿ eine
hervorragende Möglichkeit, in die Labors der Universität und in die Arbeit der Wissenschaftler hinein zu sehen, so dass
auch Lehrer und Schulleiter der teilnehmenden Jugendlichen jedes Jahr die TF ermuntern, die AG fortzusetzen.
3. Sommer- und Winterfeste
Jeweils zum Ende des Sommer- und Wintersemesters veranstaltet das Dekanat das Sommer- bzw. Winterfest der
Technischen Fakultät, in dessen Mittelpunkt ein Festvortrag einer angesehenen Persönlichkeit des öffentlichen Lebens
steht. Im Jahre 2005 wurde das Winterfest 2005/2006 mit dem Jahreskolloquium des Instituts für Informatik und
Praktische Mathematik zusammengelegt. Diese gemeinsame Veranstaltung soll in Zukunft beibehalten werden. Die Kosten
der Veranstaltungen werden vom Förderverein und durch Spenden aus der freien Wirtschaft getragen.
Hinsichtlich der Finanzmittel, die der Fakultät jährlich zur Verfügung stehen, sei auf die ausführlichen Finanzberichte der
jeweiligen Jahre verwiesen, die auch im Internet veröffentlicht sind.
Personal
Leiter/-innen: Prof. Dr.-Ing. P. Seegebrecht;
Mitarbeiter/-innen:
S. Anders
01.01.-31.12.2005
(50%)
G. Bratumyl
Sachbearbeitung Haushalt und Berichte
01.01.-31.12.2005
(50%)
U. Bruse
01.01.-31.12.2005
Sachbearbeitung Personal
Leitung Haustechnik
M. Burmeister
Werkstattleitung
01.01.-31.12.2005
R. Doose
01.01.-31.12.2005
Hausmeister
P. Grimm
01.01.-31.12.2005
Betriebselektriker
M. Gültekin
Auszubildender Werkstatt
01.01.-31.12.2005
M. Hacker
01.01.-31.12.2005
Sachbearbeitung Haushalt
S. Johnsen
Werkstattmitarbeiter
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212
01.01.-31.12.2005
CAU
M. Kulling
01.01.-31.12.2005
C. Martin
01.01.-31.12.2005
Sachbearbeiterin Dekanat
B. Neumann
Stellvertretung Werkstattleitung
01.01.-31.12.2005
C. Newe
01.01.-31.12.2005
Rechnerbetriebsgruppe
S. Petersen
Auszubildender Rechnerbetriebsgruppe
01.01.-31.12.2005
S. Schuchardt
01.01.-31.12.2005
Prüfungsamt Elektrotechnik und Informationstechnik
H. Voigt
01.01.-31.12.2005
M. Wallisch
Prüfungsamt Materialwissenschaft
01.01.-31.12.2005
(50%)
C. Wissner
01.01.-31.12.2005
(50%)
Sachbearbeiterin Dekanat
H. Wolff
01.01.-31.12.2005
Auszubildender Rechnerbetriebsgruppe
M. Firnau
01.01.-31.12.2005
Leiter Rechnerbetriebsgruppe Ost
Dr. F. Paul
01.01.-31.12.2005
Geschäftsführer
Veröffentlichungen
almanach 05
tf
F. Paul, The Introduction of bachelor and Master s study programmes in Germany according to the Bologna
Declaration: a critical survey, Conference proceedings of the 8th UICEE Annual Conference on Engineering Education,
Kingston Jamaica, 177 - 180 (2005)
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Technische Fakultät
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Kaiserstr. 2, D-24143 Kiel
0431 880-6001, -6068, FAX -6003
[email protected]
http://www.tf.uni-kiel.de
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Almanach 2005 - Technische Fakultät - Christian

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