Neue Materialien mit maßgeschneiderten Funktionalitäten bilden die Grundlage moderner Hochtechnologien, von der Informationsverarbeitung über die Energieversorgung bis zur Medizintechnik. Im zuständigen Wissenschaftsbereich, der Festkörperphysik, wurde im 21. Jahrhundert die revolutionäre Entdeckung gemacht, dass das mathematische Konzept der Topologie ein fundamentaler Schlüssel für das Verständnis quantenmechanischer Materiezustände ist. Diese Erkenntnis hat weltweite Forschungsaktivitäten ausgelöst und zur Entdeckung zahlreicher topologischer Materialien und Phänomene geführt, mit Schlüsselbeiträgen aus Würzburg (Quanten-Spin-Hall-Effekt) und Dresden (Vorhersage magnetischer Monopole in Spin-Eis). Für dieses junge Forschungsgebiet wird die Einrichtung eines Exzellenz-Clusters 'Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien (ct.qmat)' zur umfassenden Untersuchung solcher Systeme und ihres Anwendungspotentials vorgeschlagen. In ct.qmat werden Forschende aus Physik, Chemie und Materialwissenschaften gemeinsam daran arbeiten, diese fundamental neuen Zustände von Quantenmaterie zu verstehen, zu steuern und anzuwenden. Die vielfältigen, sich ergänzenden Fachexpertisen und Forschungsstrukturen in Würzburg und Dresden bilden dabei die Basis für ein breites Forschungsprogramm - von der Materialsynthese über die experimentelle und theoretische Untersuchung topologischer Phänomene und ihrer funktionellen Kontrolle bis zum Entwurf und Test von Anwendungskonzepten. Hierfür ist der Cluster in vier Teilbereiche gegliedert, von denen sich drei mit der Rolle von Topologie und Komplexität in verschiedenen physikalischen Kontexten befassen, nämlich (A) beim Ladungstransport, (B) in magnetischen Systemen und (C) in der Licht-Materie-Wechselwirkung. Bereich (D) verfolgt das übergeordnete Ziel, aus den topologischen Phänomenen Funktionalitäten abzuleiten und deren Anwendungspotential zu untersuchen, z.B. für verlustfreie Elektronik oder für Quantencomputer. Dieses Programm gründet auf bereits existierenden Forschungskooperationen zwischen beiden Universitäten und ihren Partnerinstituten und wird sie erheblich erweitern. Zu den Strukturelementen des Clusters gehören die Schaffung neuer Professuren und Nachwuchsgruppen, die die Teilbereiche stärken und als Brücken zwischen ihnen dienen sollen, sowie die synergetische Nutzung gemeinsamer Forschungsinfrastruktur. Besonderes Augenmerk liegt auf der nachhaltigen Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses, von der Promotion bis zur Juniorpofessur, sowie auf der Förderung von Chancengleichheit und Vielfalt in der Wissenschaft. Mit den zusätzlichen Synergien aus der Zusammenarbeit beider Universitäten ergeben sich insgesamt ausgezeichnete Ausbildungs- und Forschungsbedingungen. Dies ist ein entscheidendes Moment im Wettbewerb um die besten Köpfe und wesentliche Voraussetzung für das strategische Ziel, mit ct.qmat ein weltweit führendes Zentrum für die Erforschung von Quantenmaterialien zu schaffen.
Ein Schwerpunkt der Arbeiten befasst sich mit der Konzeption eines elektronischen Hochdruck-Dieseleinspritzsystems. Im Rahmen dieses Forschungsschwerpunktes wurde ein elektronisches Speichereinspritzsystem konzipiert, bei dem durch Trennung von Foerderung und Zumessung moeglichst wenig prinzipielle Restriktionen aufgebaut werden. Das Konzept basiert auf der Kombination einer sitzlochgebohrten Einspritzduese als aktives, querschnittsteuerndes Element mit einem piezoelektronischen Translator, der eine extrem schnelle Ansteuerung der Duesennadel mit entsprechend hohen Kraeften erlaubt. Nach einer Betrachtung der in der Vergangenheit vorgeschlagenen Speichereinspritzsysteme wurde das System, bestehend aus Injektor, Hochdruckversorgung und Steuerungselektronik, ausgelegt. Die qualitative Simulation der Duesenstroemung untermauert die Brauchbarkeit der Sitzlochduese als querschnittssteuerndes Zumessventil.
Muelltonnen wurden 1993 mit einem elektronischen Bauteil versehen (Chip), der es ermoeglicht, die Tonne eindeutig einem Grundstueck zuzuordnen und der die Anzahl der Entleerungen pro Jahr feststellen kann. Diese Daten sind Grundlage fuer die Gebuehrenabrechnung durch den Abfallzweckverband. Eine vorgeschriebene Anzahl von Pflichtentleerungen gibt es nach der derzeitigen Satzung nicht, so dass der Buerger selbst auf die Hoehe der Entleerungsgebuehren Einfluss nehmen kann. Die Grundgebuehr ist aber auf jeden Fall zu zahlen.
Objective: Aim is to modify two small hydropower plants to variable speed operation in order to increase annual energy output by improved part load efficiency and design flow. A 100 kW vertical axis Francis turbine (Kaltenburg, DE) and a new 18 kW waterwheel (Bettborn, LU) will be modified to variable speed operation by use of a AC-AC converter. There will be installed a movable free-overfall weir at the waterwheel. By an expected increase of the electricity production in the range of 10 to 20 per cent , the aim is to proof viability of improving existing low head hydro sites with this technology. Especially low head sites have high variation of head and flow. Variable speed technology allows the system to operate at maximum efficiency for a wide range of hydraulic conditions. Modern power electronics replaces complex mechanical control systems with a high need for maintenance. In wind energy, variable speed technology has already proven its advantages compared to other mechanical technologies. General Information: Unlike earlier approaches with a combination of double regulated turbines and variable speed in a new installation, in this project the combination of a Francis turbine (respectively a water wheel) in existing plants together with a frequency converter will be used to increase part load efficiency and design flow of the system. Only the new IGBT controlled converters which are now used in wind energy as well as in motive power industry appliances can guarantee a reliable variable speed operation of a normal asynchronous generator. The combination of the movable weir and variable speed operation of the water wheel will allow to optimise the power output of the plant under all conditions. The use of an IGBT converter makes it possible to compensate reactive power to improve the mains performance. Due to detailed theoretical analysis and according to the positive experience with variable speed operation in wind energy and motive power technology, the expected increase of the annual power output of the two plants is in the range of 10 to 20 per cent of the actual value. This will reduce the specific cost of the electricity by the same range. For the actual payback tariffs of many European countries, this will increase the number of feasible low head sites. The top water level control by variation of turbine speed (and so flow) will be demonstrated to show a simple, reliable and energy saving alternative to the old hydraulic systems, which are still installed in many sites. The success of the variable speed system in this plants will open a big European SME market for cheap technological improvement of small hydropower plants and low head sites. The monitored performance of the plants data will be stored in a data logger with a modem, to allow automatic down-loading from a server-PC via modem. ... Prime Contractor: Universität Kassel, Fachbereich Elektrotechnik/Informatik, Institut für Elektrische Energietechnik - IEE; Kassel; Germany.